BRPI0113435B1 - Método de reduzir o número de organismos microbianos e/ou príons de bse viáveis presentes em um material orgânico, sistema e utilidade dos mesmos - Google Patents

Description

“MÉTODO DE REDUZIR O NÚMERO DE ORGANISMOS MICROBIANOS E/OU PRÍONS DE BSE VIÁVEIS PRESENTES EM UM MATERIAL ORGÂNICO, SISTEMA E UTILIDADE DOS MESMOS”.

Campo técnico da invenção Em um primeiro aspecto, a presente invenção refere-se a uma digestão anaeróbica de estercos animais, culturas energéticas e substratos orgânicos semelhantes. O processo é capaz de refinar nutrientes constituídos de biomassa digerida a fertilizantes de qualidade comercial. O sistema de separação de biogás e calda de acordo com a presente invenção é integrado, de preferência, com as operações de criação animal em um conceito total em que os desempenhos interno e externo de criação animal são otimizados.

Um aspecto adicional da invenção consiste da aplicação possível para a eliminação de rejeito animal em forma de carcaças animais, rejeitos de matadouros, farinha de carne e de ossos, etc. O rejeito é refinado na planta a fertilizantes a serem aplicados em terras agrícolas. Um possível teor de príons de BSE ou de outros príons é substancialmente reduzido, senão eliminado, no processo inteiro. O produto animal, neste conceito, não é usado como forragem, mas como fertilizante. A destruição de possíveis príons de BSE na biomassa tratada na planta em combinação com o uso da biomassa refinada como fertilizante em lugar de forragem reduz substancialmente, senão elimina, o risco de se infectar animais ou humanos com príons de BSE ou modificações dos mesmos.

Os desempenhos internos referem-se a aspectos qualitativos relacionados com o gerenciamento de alojamentos para animais e incluem higiene industrial, bem estar animal, controle de emissões gasosas e de pó, e segurança alimentar. Os desempenhos externos referem-se principalmente à produção de energia e controle de emissões, para o ambiente, de nutrientes e de gases de estufa e à venda de produtos alimentícios de alta qualidade, e também a uma maneira alternativa para se eliminar carcaças animais e análogos.

Anterioridades da invenção Extração de amônia A química da amônia é bem conhecida e a extração da amônia de diferentes fluidos é um processo industrial bem conhecido. Isto foi empregado, por exemplo, pela indústria do açúcar (Bunert et al. 1995; Chacuk et al. 1994; Benito and Cubero 1996) e por municipalidades, como tratamento de rejeitos de aterro (Cheung et al. 1997). Amônia também pode ser extraída de calda de porcos com base nos mesmos princípios da indústria (Liao et al. 1995). O princípio básico para extração de amônia em grande escala consiste em elevar o pH e aerar e aquecer a água residual ou a calda. Freqüentemente utiliza-se Ca(OH)2 ou CaO que é usado para elevar pH. É possível empregar outras bases, como NaOH ou KOH. No entanto, a cal é usada numa escala industrial, por exemplo a indústria do cimento e, portanto, é barata e facilmente obtenível como material granelado.

Onde a amônia extraída é absorvida e um concentrado de amônia é produzido, utiliza-se freqüentemente ácido sulfürico na coluna de absorção. Ácido sulfürico é um material granelado industrial e é obtenível com uma qualidade técnica apropriada para uso em colunas de absorção que extraem amônia de calda e de outras águas residuais (p. ex. Sacuk et al. 1994).

Com base na experiência obtida na indústria do açúcar verificou-se que os valores dos parâmetros mais apropriados são: Temperatura 70° C; um pH na faixa de cerca de 10-12; e uma relação líquido-gás de 1:800, 96% de efetividade.

Para extração de amônia da calda verificou-se que os valores paramédicos ótimos a baixa temperatura são: temperatura 22°C; pH de cerca de 10-12; relação líquido-gás de 1:2000, 90% de efetividade, 150 h de operação (Liao et al. 1995).

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Hidrólises térmica e a álcali Pré-tratamento térmico de biomassa antes da digestão anaeróbica é uma tecnologia que é bem descrita na literatura, p. ex. Li e Noike (1992). Nos anos mais recentes o pré-tratamento térmico de rejeitos municipais também tem sido utilizado numa escala comercial pela Cambi AS, Billingstad, Noruega.

Wang et al. (1997a e b) verificaram que pré-tratamento térmico de rejeitos municipais a 60°C e um tempo de permanência hidráulica de 8 dias resultou numa maior produção de metano, de 52,1%. Um resultado semelhante foi encontrado por Tanaka et al. (1997), no entanto, a combinação com hidrólises a álcali proporcionou o maior aumento do rendimento de gás (200%). McCarty et al. conduziram uma série de estudos mostrando que a combinação de hidrólise térmica e a álcali aumenta substancialmente o rendimento de gás. No entanto, o pH deveria ser de aproximadamente 10 a 12 e, de preferência, de 11 ou maior, antes que hidrólise química possa produzir um rendimento de gás significativo adicional.

Os resultados de Wang et al. (1997) mostram que os valores paramétricos default para extração de amônia na seção 2.1 (o pH de cerca de 10 a 12, de preferência 11 ou maior, e a temperatura de cerca de 70° C ou maior, durante uma semana) aumentarão o rendimento de gás.

Referências: Li Y. Y., e Noike T. (1992) Upgrading of anaerobic digestion of waste activated sludge by thermal pre-treatment. Water Science and Technology 26, 3-4.

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Sanitizacão Sanitização da calda antes do transporte e aplicação no campo constituem uma importante estratégia para reduzir o risco de espalhar zoonoses e vírus veterinários, bactérias e parasitas (p. ex. Bendixen 1999). A digestão anaeróbica mostrou ser efetiva para reduzir o número de zoonoses em caldas, mas isso não elimina estes organismos (Bendixen 1999; Pagilla et al. 2000). O uso de CaO para a sanitização de lama de esgoto também mostrou que ovos de Ascaris e parasitas (Eriksen et al. 1996) e vírus são substancialmente reduzidos, mas não completamente (Tumer and Burton 1997).

Referências: Bendixen H. J. Hygienic safety - results of scientific investigations in Denmark (sanititation requirements in Danish biogas plants). Hohenheimer Seminar IEA Bioenergy Workshop, março de 1999.

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Espuma Formação de espuma associada com digestão anaeróbica pode constituir um problema sério para operação de fermentadores. Uma quantidade de substâncias para diminuição da espuma encontra-se comercialmente obtenível incluindo diferentes polímeros, óleos de plantas, (p. ex. óleo de colza) e diferentes sais (p. ex. Vardar-Sukan 1998). No entanto, polímeros podem causar preocupações ambientais e são ffeqüentemente caros e inefetivos.

Referências: Vardar-Sukan F. (1998) Foaming: consequences, prevention and destruction. Biotechnology Advances 16, 913-948.

Floculação íons de cálcio são bem conhecidos como meios para flocular substâncias e partículas devido à formação de pontes de cálcio entre substâncias orgânicas e inorgânicas em solução ou suspensão, formando assim "flocos" de partículas (p. ex. Sanin e Vesilind 1996). Por esta razão, cálcio tem sido usado para desaguamento de lama de esgoto (Higgins e Novak 1997).

Referências: Higgins M. J. e Novak J. T. (1997). The effects of caí ions on the settling and dewatering of activated sludge's: Laboratory results. Water Environment Research 69, 215-224.

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Separação de calda em centrífuga de decantação, extração de P

Centrífugas de decantação têm sido aplicadas numa quantidade de processos industriais durante os últimos 100 anos.

Entre exemplos recentes do uso de centrífugas de decantação está a planta da Novo Nordisk em Kalundborg em que todo o rejeito das grandes unidades de fermentação de insulina é tratado. Lama de esgoto municipal também é tratada com centrífugas de decantação (Alfa Lavai A/S). As centrífugas de decantação separam a matéria seca (sólida) da lama ou dos rejeitos, enquanto que a fase água ou a água residual é levada para uma planta de tratamento de esgotos convencional.

Experimentos com separação de calda desgaseificada de gado e de porcos mostram primeiramente que centrífugas de decantação podem tratar todos os estercos sem quaisquer dificuldades. Verificou-se também que as centrífugas removem aproximadamente 70% de matéria seca, 60-80% do total de P, e apenas 14% do total de N de um termópilo de calda previamente digerida (Moller et al. 1999; Moller 2000a). Os valores correspondentes para caldas brutas de gado e porcos foram um tanto mais baixos. Deveria-se notar que apenas 14% do total de N são removidos do rejeito. O custo total de tratamento foi calculado como sendo de 5 Dkr. [coroas dinamarquesas] por m3 de calda para um volume de calda de 20.000 toneladas ou mais. Naquelas situações em que o volume de calda excede 20.000 toneladas as centrífugas de decantação são instrumentos econômicos e baratos para separação de matéria seca e de P total da calda (Moller etal. 1999).

Em circunstâncias normais não há interesse algum em se tratar calda numa centrífuga de decantação, porque isto não está associado com qualquer redução de volume ou com outras vantagens para os fazendeiros. A perda de amônia após aplicação da calda tratada no campo pode ser um tanto reduzida devido a uma maior taxa de infiltração no solo (Moller 2000b), porém isto é, de longe, um incentivo suficiente para fazendeiros para uso de centrífugas de decantação.

Referências: Moller Η. B. (2000a) Opkoncentrering af nceringsstoffer I husdyrgodning med dekantercentrifuge og skruepresse. Notat 12. setembro 2000, Forskningscenter 5 Bygholm.

Moller Η. B. (2000b) Gode resultater med at separere gylle. Maskinbladet 25. agosto de 2000.

Moller Η. B., Lund L, e Sommer S. G. (1999) Solid-liquid separation of livestock slurry: efjiciency and cost. Alfa Lavai A/S Gylleseparering. Separeringsresultater med decantercentrifuge.

Precipitação de P P dissolvido é precipitado quase imediatamente após adição de Ca como fosfato de cálcio Ca3(P04)2 (Cheung et al. 1995).

Referências: Cheung K. C., Chu L. M, e Wong Μ. H. (1997) Ammonia stripping as a pretreatment for landfill leachate. Water Air and Soil Pollution 94, 209-221.

Prevenção de formação de estruvita Constitui um aspecto adicional importante o fato de que a precipitação de P em combinação com a extração de amônia previne a formação de estruvita (MgNFLtPO,*). Estruvita constitui um problema de trabalho significativo em trocadores de calor, transporte em tubos, etc. (Krüger 1993). O mecanismo consiste de remoção de P através da formação de CaPC>4 e também da remoção de amônia através do processo de extração. A remoção de P e de amônia previne a formação de estruvita.

Krüger (1993) Struvit dannelse i biogasfcellesanlceg. Krüger WasteSystems AS.

Filtracão de água residual Durante os últimos 10 anos foram apresentados sistemas para tratamento final e filtração de membrana de água residual na forma de, p. ex. plantas que utilizam membrana (BioScan A/S, Ansager ApS) e plantas baseadas em compressão a vapor (Funki A/S, Bjomkjasr Maskinfabrikker A/S). Estes sistemas resultam geralmente em um custo bruto por m3 de calda de 50 - 100 Dkr (coroas dinamarquesas). Além disso, as plantas não são capazes de tratar outros tipos de esterco além de calda de porcos. A redução de volume obtida com estas plantas ffeqüentemente não é superior a 50-60%, significando que a aplicação dos restos em qualquer caso depende de dispositivos convencionais. Por isso, estas plantas não são competitivas devido ao nível de custo e/ou devido a uma redução limitada do volume.

No entanto, é importante considerar e reconhecer o nível de custo destas plantas. Também é valioso considerar o uso de energia em forma de eletricidade que a compressão mecânica do vapor proporciona, i.e. cerca de 50 kWh por tonelada de calda tratada. Isto significa que membranas, presumindo que a fase água a ser filtrada consiste de sais e de quantidades mínimas de matéria seca apenas, que não produzem problemas de incrustação ou de entupimento, podem ser capazes de superar competitivamente tecnologias de evaporação.

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Cozimento com cal Uma hidrólise térmica e química a temperaturas inferiores a o 100 C e, portanto, a pressões de cerca de 1 atm, representa uma opção para aumentar a disponibilidade da matéria orgânica para geração de biogás. No entanto, os carboidratos complexos, como celulose, hemiceluloses e lignina não é [sic] completamente hidrolisado por meio de tais tratamentos. Fibras de palha, milho e outras lavouras não são disponibilizadas para formação de metano por meio de tais tratamentos (Bjerre et al 1996; Schmidt and Thomsen 1998; Thomsen and Schmidt 1999; Sirohi and Rai 1998). Um cozimento com cal alcalino temperaturas moderadas acima de 100°C é bem adequado para tomar estes substratos disponíveis para decomposição microbiana (Curelli et al. 1997; Chang et al. 1997; Chang et al. 1998).

Este tratamento, quando aplicado a fibras de celulose de cana-de-açúcar cortadas a 0,5 mm (com 4% de CaO, 200°C e 16 bar), desintegra a celulose a ácidos orgânicos pequenos, como ácido fórmico, ácido acético, ácido láctico, et. A geração de metano a partir de celulose atinge até 70% da quantidade correspondente de carboidratos como glucose pura (Azzam e Naser 1993). Igualmente, lavouras verdes podem ser tratadas em um cozinhador a cal, porém a temperaturas mais baixas. Verificou-se que o resultado ótimo foi atingido quando jacintos aquáticos foram expostos a pH 11 e 121°C (Patel et al. 1993).

Formação de PAH e de substâncias inibidoras de bactérias de metano pode ser formada [sic] a temperaturas elevadas (Varhegyi et al. 1993; Patel et al. 1993). No entanto, este fenômeno não foi observado às temperaturas relativamente moderadas usadas no cozimento a cal em comparação com pirólise (Azzam et al. 1993). Durante pirólise as temperaturas são tão altas que a biomassa se desintegra diretamente a gases, como hidrogênio, metano e monóxido de carbono, mas, infelizmente, também a PAH e outros poluentes.

Referências Azzam A. M. e Nasr Μ. I. (1993) Physicothermochemicalpre-treatments of food processing waste for enhancing anaerobic digestion and biogas fermentation. Journal of Environmental Science and Engineering 28, 1629-1649.

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Silagem de culturas energéticas O uso convencional de culturas energéticas é principalmente na forma de combustível sólido para queima (madeira de salgueiro, como cavacos de madeira, palha ou sementes inteiras) ou como combustível para motores (óleo de colza). Numa base experimental utiliza-se beterrabas e palha para produção de etanol (Parsby; Sims 2001; Gustavsson et al. 1995; Wyman and Goodman 1993; Kuch 1998). Em, outras partes do mundo o uso de culturas energéticas é disseminado e sujeito a muita pesquisa. O uso de plantas terrestres e também de plantas marinhas e de água doce é bem documentado (Gunaseelan 1997; Jewell et al. 1993; Jarwis et al 1997).

Alguns estudos parecem indicar que a fermentação anaeróbica de culturas energéticas é competitiva com outros usos de biomassa (Chynoweth D. P., Owens J. M., e Legrand R. 2001). O uso de culturas energéticas é bem motivado. O uso de palha é organizado de uma forma que provavelmente toma esta prática um conceito a se observar durante muitos anos à frente. O uso de cavacos de madeira parece ser econômico e praticamente viável. A incineração de cereais em grãos, por outro lado, tem dado origem a objeções éticas. A produção de cereais em grãos também é inevitável associada ao uso de fertilizantes e praguicidas e a perdas de N dos campos. N também é perdido durante a queima da biomasa.

Referências Beck J. Co-fermentation of liquid manure and beterrabas as a regenerative energy. University of Hohenheim, Dep. Agricultural Engineering and Animal Production. Personal communication.

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Sistemas de eliminação de cadáveres animais etc. O presente sistema de eliminação de cadáveres animais é organizado mediante plantas registradoras que são licenciadas para processar os cadáveres animais. Os cadáveres são usados primariamente para produção de farinha de carne e de ossos que têm sido usados tradicionalmente como alimento animal. A presente crise de BSE interrompeu esta prática com base numa ordem reguladora da comissão EU [européia], que afirma que farinha de carne e de ossos não pode ser usada como alimento animal.

Assim, o setor de animais de criação e negócios associados na Europa deparam-se com o desafio de encontrar usos alternativos para farinha de carne e de ossos, ou de encontrar vias alternativas para eliminação da farinha. No entanto, esta é uma tarefa difícil devido às restrições impostas em virtude do risco de disseminar príons de BSE ou outros príons possivelmente presentes na farinha ou outras frações de cadáveres animais. O uso de farinha de carne e de ossos ou de cadáveres animais em plantas convencionais de biogás certamente não é aconselhável e apenas parcialmente possível. O processamento de cadáveres animais em plantas licenciadas para processar tais animais é realizado usualmente a temperaturas em tomo de 130°C, com pressão em tomo de 2-3 bar com um tempo de retenção de 20 min. Tais condições não são encontradas em plantas de biogás convencionais.

As patentes e os pedidos de patentes indicados abaixo fazem parte da arte anterior. DE3737747 descreve uma planta e um processo para extração de N. Adiciona-se CaO ao esterco com o que a amônia é extraída, sendo que a referida amônia é absorvida numa solução de água contendo ácido clorídrico. Diversos aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, utilização de culturas energéticas, absorção de amônia numa solução de enxofre, a precipitação de P, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. DE4201166 descreve um tratamento concorrente de diferentes produtos residuais orgânicos, em que os produtos residuais são separados em três frações contendo quantidades diferentes de componentes sólidos. Frações sólidas são homogeneizadas antes da fermentação e produção de biogás. Diversos aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, utilização de culturas energéticas, absorção de amônia em uma solução de enxofre, a precipitação de P, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. DE4444032 descreve uma planta e um processo em que calda [do] o primeiro reator é agitada, aerada e recebe a adição de cal até pH 9,5 para extrair amônia. No segundo reator adiciona-se um sal contendo ferro e um polímero para neutralizar a calda e precipitar sólidos. Diversos aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, utilização de culturas energéticas, absorção de amônia em uma solução de enxofre, a precipitação de P, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. DE196615063 descreve um processo em que amônia é extraída de esterco fermentado. Diversos aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, utilização de culturas energéticas, precipitação de P, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. EP0286115 descreve um método para produção de biogás em que esterco recebe adição de ácidos graxos ou composições contendo ácidos graxos. Diversos aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, utilização de culturas energéticas, a precipitação de P, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. EP0351922 descreve uma planta e um processo em que a extração de amônia, dióxido de carbono e fosfato ocorre de esterco líquido. O esterco é transportado da fazenda por carros-tanque até a planta onde a calda é tratada com ar quente e com aquela amônia parcialmente extraída e dióxido de carbono. A parte remanescente da calda é aquecida e adiciona-se cal até pH 10-11, com o que mais amônia é extraída e fosfato de cálcio é formado. A amônia extraída é absorvida em uma solução ácida com a formação de sal de amônio, que é secado e utilizados como fertilizantes. Utiliza-se uma centrífuga de decantação para separar partes sólidas da calda. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, utilização de culturas energéticas, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. ES2100123 descreve uma planta e um processo em que esterco líquido é limpado. Componentes orgânicos são degradados e sólidos precipitados são removidos por meio de centrifugação de decantação. O líquido recebe adição de ácido e é espalhado no campo ou é ainda mais limpo por meio de aeração e, com isso, extração de amônia. O líquido limpo é desviado para uma planta de purificação de água. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia como uma etapa precoce, utilização de culturas energéticas, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. FR2576741 descreve um processo para a produção de biogás por meio de fermentação de esterco líquido. A calda é tratada com cal e componentes precipitados são removidos. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como hidrólise alcalina, utilização de culturas energéticas, a precipitação de P, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. GB 2013170 descreve uma planta e um método de produção de biogás. No primeiro reator, o material orgânico é acidificado e a fração sólida é removida. A fração líquida é desviada para o segundo reator em que ocorre uma degradação anaeróbica com a produção de gás metano. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia, utilização de culturas energéticas, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. DE19644613 descreve um método para produzir fertilizantes sólidos a partir de esterco. O esterco líquido recebe a adição de substrato da produção de biogás juntamente com CaO ou Ca(OH)2. A amônia extraída é recolhida. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, utilização de culturas energéticas, a precipitação de P, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. DE19828889 descreve co-fermentação de lavouras colhidas e rejeito orgânico com a produção de biogás. O material é homogeneizado e fermentado. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, utilização de culturas energéticas, a precipitação de P, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. US 4.041.182 descreve um método para produção de alimentos para animais a partir de rejeito orgânico. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, utilização de culturas energéticas, a precipitação de P, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. US 4.100.023 descreve uma planta e um processo para a produção de gás metano e fertilizantes. No primeiro reator realiza-se uma degradação aeróbica do material homogeneizado. No segundo reator que é aquecido, ocorre uma degradação anaeróbica e a produção de biogás. Fertilizantes são produzidos como líquidos. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia, utilização de culturas energéticas, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. US 4.329.428 descreve uma planta para decomposição anaeróbica, em particular material proveniente de diversas plantas verdes, e o uso do biogás produzido. A planta baseia-se na decomposição e é causada por bactérias anaeróbicas termópilas e mesofílicas. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, a extração de amônia, a precipitação de P, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. US 4.579.654 descreve uma planta e um processo para produzir biogás a parti de materiais orgânicos. Materiais sólidos são hidrolisados, acidificados e fermentados. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia, utilização de culturas energéticas, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. US 4.668.250 descreve um processo em que amônia é removida da fração líquida por meio de aeração. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, utilização de culturas energéticas, a precipitação de P, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. US 4.750.454 descreve uma planta para digestão anaeróbica de esterco animal e o uso do biogás produzido pelo processo. A planta baseia-se numa decomposição causada por bactérias anaeróbicas termópilas ou mesofilicas e utiliza um motor local movido a gás equipado com um gerador. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, a extração de amônia, a precipitação de P, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. US 5.071.559 descreve um método para o tratamento de esterco. O esterco recebe adição de água e a mistura é acidificada. Líquido é removido por meio de produção de vapor, que novamente é condensado em outro reator e tratado anaerobicamente para produzir biogás. O líquido fermentado é fracion[ado] e então tratado com um processo aeróbico. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia, utilização de culturas energéticas, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. US 5.296.147 descreve um processo para tratar esterco e outros componentes orgânicos. O rejeito orgânico fermenta e é então nitrificado e ainda mais desnitrificado. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia, utilização de culturas energéticas, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. US 5.389.258 descreve um método de produção de biogás a partir de rejeito orgânico semi-sólido e sólido. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia, utilização de culturas energéticas, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. US 5.494.587 descreve um processo com um tratamento catalítico de esterco incluindo redução da concentração de nitrogênio. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia, utilização de culturas energéticas, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. US 5.525.229 descreve um processo geral para digestão anaeróbica de substratos orgânicos em condições termópilas e também mesofílicas. US 5.593.590 descreve separação e tratamento de rejeitos orgânico líquido e sólido após uma separação das duas frações. A fração líquida é fermentada com a produção de biogás, seguido da remoção dos componentes sólidos precipitados, que são parcialmente recirculados no processo. A fração sólida é tratada em um processo aeróbico e é produzida a composto, fertilizantes ou alimentos para animais. Parte do biogás produzido compreendendo metano e C02 é reutilizado para a redução do nível de pH na fração líquida através de uma absorção de C02. Sólidos são precipitados de frações líquidas p. ex. por meio de uma centrífuga de decantação, e amônia é extraída do líquido com um pH de 9-10. A água residual pode ser usada para limpar estábulos. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia, utilização de culturas energéticas, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. US 5.616.163 descreve um método de tratamento de esterco com que se utiliza nitrogênio na produção de fertilizantes. Adiciona-se ao esterco líquido CO2 e/ou CaSC>4, com o que a amônia é extraída. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia, utilização de culturas energéticas, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. US 5.656.059 descreve um método para tratar esterco em que se utiliza nitrogênio na produção de fertilizantes mais ou menos por nitrificação. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia, utilização de culturas energéticas, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. US 5.670.047 descreve um processo geral para decomposição de substratos orgânicos a gases. US 5.681.481 US 5.783.073 e US 5.851.404 descrevem um processo e um aparelho para estabilização de calda. Adiciona-se cal até pH > 12 e a massa é aquecida a pelo menos 50 graus Celsius durante 12 horas. A amônia é extraída, e é descarregada na atmosfera ou recirculada no sistema. É possível utilizar uma "câmara de pré-aquecimento" e também centrifugação de decantação bem como misturação da lama para mantê-la numa condição líquida. A lama é espalhada sobre o campo. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais com o uso de palha, extração de amônia antes da produção de biogás, utilização de culturas energéticas, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. US 5.746.919 descreve um processo em que rejeito orgânico é tratado em um reator anaeróbico termópilo seguido de tratamento em um reator anaeróbico mesófilo. Em ambos os reatores ocorre uma produção de gás metano. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais com o uso de palha, extração de amônia antes da produção de biogás, utilização de culturas energéticas, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. US 5.773.526 descreve um processo em que rejeito orgânico líquido e sólido é fermentado primeiramente por meio de um processo mesófilo e, com isso, por um processo termófilo. Componentes sólidos são hidrolisados e acidificam. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais com o uso de palha, extração de amônia antes da produção de biogás, utilização de culturas energéticas, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. US 5.782.950 descreve fermentação de rejeito biológico por meio de uma homogeneização, aeração e aquecimento da massa. O rejeito é fracionado numa fração líquida e numa sólida. Os sólidos são produzidos a composto. Os líquidos são fermentados por meio de processos anaeróbicos r mesófilos e termófilos com produção de biogás. Agua residual é recirculada do reator de biogás para o processo de homogeneização. Água residual do reator de biogás é tratada numa instalação de planta de clarificação. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia antes da produção de biogás, utilização de culturas energéticas, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. US 5.853.450 descreve um método para [produzir] composto pasteurizado a partir de rejeito orgânico e de materiais vegetais verdes. O pH do orgânico é aumentado para 12 e aquecido acima de 55°C. Quando o material vegetal verde é adicionado, o pH é reduzido a 7-9,5. A mistura é fermentada. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia antes da produção de biogás, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. US 5.863.434 descreve um método para estabilizar rejeito orgânico por meio de degradação em um processo anaeróbico psicrófilo. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia antes da produção de biogás, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. US 6.071.418 descreve um método e um sistema para tratar esterco com ozônio de uma maneira que induz uma zona aeróbica e uma anaeróbica no interior do material. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia antes da produção de biogás, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. US 6.171.499 descreve um método aperfeiçoado para fermentar rejeito doméstico e industrial. O rejeito é digerido anaerobicamente com produção de biogás, que é utilizado numa turbina a gás em combinação com gás natural. O material fermentado é desidratado e a lama é desviada para uma planta de incineração. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia antes da produção de biogás, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. WQ8400038 descreve a produção de biogás e de fertilizantes desgaseifícados e estabilizados. A degradação termófila ocorre em um reator interior e a degradação mesófíla em um reator exterior. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia antes da produção de biogás, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. WQ8900548 descreve a utilização de íons de Ca e íons de Mg na produção de biogás. Os íons de metal inibem produção de espuma. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia antes da produção de biogás, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. WQ9102582 descreve uma planta e um método para produzir gás e evitar espalhamento de compostos prejudiciais nas cercanias devido à lavagem do gás. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia antes da produção de biogás, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. WQ9942423 descreve um método e uma planta para a produção de biogás. Fibras e partículas de esterco são compostadas e a fração líquida é fermentada anaerobicamente, e submetida a extração de nitrogênio. Os sais de P e K são utilizados para fertilizantes por meio de osmose reversa. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia antes da produção de biogás, utilização de culturas energéticas, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. www.igb.fhg.de/Uwbio/en/Manure.en.html descreve um processo para produzir biogás de esterco. A partir de esterco desgaseificado, utiliza-se a fração sólida para produzir composto. A partir da fração líquida o nitrogênio é recolhido e é usado como fertilizantes. É possível usar uma centrífuga de decantação para separar componentes sólidos da mistura. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia antes da produção de biogás, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. http://riera.ceeeta.pt/images/ukbio mass.htm descreve uma r produção de biogás por meio de degradação anaeróbica. E possível utilizar uma centrífuga de decantação no sistema. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia antes da produção de biogás, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. www.biogas.ch/f+e/memen.htm descreve possibilidades para reduzir uma mistura de componentes sólidos. Reator de disco rotativo, reator de película fixa, ultrafíltração e osmose reversa é mencionado. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia antes da produção de biogás, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. www.biogas.chf f+e/grasbasi.htm descreve degradação anaeróbica de silagem de culturas energéticas e esterco com a produção de biogás. Descreve-se dois processos: 1. Culturas energéticas de silagem são cortadas em [pedaços de] 1-3 cm e conduzidas a uma fração líquida contendo o esterco. A mistura é fermentada a 35°C. 2. Uma fermentação seca de esterco e culturas energéticas de silagem sem adição de mais líquido. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia antes da produção de biogás, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural. www.biogas.ch/f+e/2stede.htm descreve a produção de biogás. O rejeito orgânico é hidrolisado e acidificado em um tambor rotativo contendo peneira do qual a fração líquida contínua é direcionada para degradação anaeróbica de com [sic] a produção de biogás. Uma quantidade de aspectos da invenção não são descritos por esta referência. Isto se aplica, entre outras coisas, ao pré-tratamento, como a hidrólise alcalina, bem-estar nos alojamentos para animais, extração de amônia antes da produção de biogás, prevenção de formação de estruvita etc. e o uso de biogás por um motor a gás local ou através de um duto estabelecido para gás natural.

Sumário da invenção A presente invenção deverá demonstrar uma nova maneira de se utilizar culturas energéticas, nominalmente através de co-digestão anaeróbica em plantas de biogás em escala de fazenda que utilizam estercos animais. O processo também inclui separação de lama, i.e. refino de nutrientes nos estercos animais. A invenção também pode ser usada para co-digerir cadáveres animais, farinha de carne e de ossos etc. com estercos animais / culturas energéticas e, assim, proporcionar uma maneira de eliminar cadáveres animais etc., enquanto, ao mesmo tempo, se facilita a produção de fertilizantes produzidos a partir do aporte dos rejeitos animais juntamente com culturas, estercos etc. O projeto do processo toma possível utilizar plantas cultivadas forrageiras anuais, como beterrabas, milho ou capim trifólio, todas estas plantas cultivadas com um rendimento maior de matéria seca por hectare do que cereais em grãos. As plantas cultivadas forrageiras também são benéficas como "culturas verdes" e em rotações de culturas. O potencial energético quando se usa a terra destinada para produção de culturas energéticas deve, assim, ser demonstrado com o presente conceito. A visão central e a ótica - sob uma ampla variedade de circunstâncias - é que a produção de biogás baseada neste conceito deverá, no futuro, ser competitiva se comparada com o uso de gás natural e, assim, ser comercialmente atrativa e, de preferência, não subsidiada. Também é a visão de que a produção de energia deverá constituir uma parte substancial do consumo de energia dinamarquês, i.e. da mesma ordem de magnitude que o uso de gás natural (cerca de 150 PJ anualmente). Adicionalmente a este efeito estão os benefícios em termos de ambiente, bem-estar dos animais e segurança alimentar.

Parsby estimou um potencial de energia quando se usa culturas energéticas, em particular cereais em grãos, como sendo de 50-80 PJ anualmente. No curto prazo isto requer uma área de 150.000 ha e, no prazo mais longo, uma área de 300.000 ha. No entanto, com base no rendimento de matéria seca de 15 toneladas por ha em beterrabas incluindo partes verdes a serem digeridos em plantas de biogás o potencial de energia toma-se cerca de 100 PJ anualmente. A energia dos estercos co-digeridos deve ser adicionada a isto (cerca de 25 PJ). Com os novos cultivares de beterrabas os rendimentos de matéria seca podem exceder substancialmente os níveis presentes, i.e., rendimentos da ordem de 25 toneladas por hectare. O núcleo da invenção é uma combinação de processos que permite maior produção de biogás, extração de amônia e um uso e processamento adicional subseqüente opcional dos restos digeridos e extraídos (a água residual). r E característico que o núcleo da invenção permita processos adicionais simples e robustos a serem integrados ao núcleo da invenção. Obtém-se uma planta de energia simples e robusta com desempenhos excepcionais de energia e também econômicos em comparação com plantas convencionais. A planta de energia integra-se também com o gerenciamento dos alojamentos para animais e do campo agrícola. Assim, diversos aspectos constituem a invenção.

Em um primeiro aspecto preferido a invenção pode ser aplicada para combater infecções e disseminar patógenos parasíticos e microbianos animais, como Campylobacter, Salmonella, Yersinia, Acaris e organismos parasíticos e microbianos semelhantes no ar e na terra agrícola. Assim a ameaça de infecção para humanos é reduzida ou mesmo eliminada.

Em um segundo aspecto preferido a invenção pode ser aplicada para reduzir príons de BSE contidos em estercos, forragem, rejeitos de matadouros, farinha de carne e de ossos etc. Isto é obtido por meio de uma combinação de pré-tratamento e digestão. Como parte deste aspecto, a presente invenção proporciona uma possibilidade de manuseio de cadáveres animais, rejeitos de matadouro, etc. o que permite a exploração dos nutrientes contidos nos cadáveres animais como fertilizantes. A redução e/ou a eliminação de príons de BSE contidos em cadáveres animais, farinha de carne e de ossos etc. mas também estercos, forragem, rejeito de matadouro, etc. durante o processo da invenção é um pré-requisito para esta maneira de gerenciar o rejeito. Isto é conseguido de acordo com a invenção por uma combinação de pré-tratamento e digestão. Este procedimento é uma alternativa para o presente procedimento (contudo, presentemente proibido pela comissão da União Européia) de processamento de carcaças animais em plantas centrais e de produção de vários produtos, como farinha de carne e de ossos a serem usados principalmente como alimento para animais. Em um terceiro aspecto preferido a invenção pode ser aplicada para separar os nutrientes principais nitrogênio (N) e fósforo (P) de estercos de animais e para refinar os nutrientes a produtos fertilizantes de qualidade comercial.

Em um quarto aspecto preferido a invenção pode ser aplicada para produzir grandes quantidades de biogás a partir de uma ampla gama de substratos orgânicos, incluindo todos os tipos de estercos de animais, culturas energéticas, resíduos de plantas cultivadas e outros rejeitos orgânicos.

Em um quinto aspecto preferido a invenção pode ser aplicada para assegurar ótima saúde e bem-estar para os animais quando estabulados nos alojamentos para animais enquanto, ao mesmo tempo, se reduz emissões de poeira e gases, como amônia. Isto é conseguido fazendo-se fluir ou recircular água residual através de alojamentos para animais.

Em um sexto aspecto preferido a invenção pode ser aplicada para beneficiar-se de uma ampla gama de vantagens associadas com os vários aspectos da invenção.

Em aspectos preferidos adicionais, qualquer combinação do núcleo da invenção com qualquer um ou mais aspectos indicados pode ser preferida.

Breve descrição das figuras Fig. 1 revela uma concretização preferida da presente invenção. Nesta concretização, esterco, de preferência em forma de uma calda, gerado em um casa ou estábulo (1) para a criação de animais, incluindo animais domésticos, como porcos, gado, cavalos, cabras, ovelhas; e/ou galináceos, incluindo frangos, perus, gansos, e análogos, é transferido para um ou ambos de um primeiro tanque de pré-tratamento (2) e/ou um segundo tanque de pré-tratamento (3).

Os princípios de trabalho são que o esterco, de preferência em forma de uma calda, incluindo, em uma concretização, água, como água residual usada para limpar a casa ou estábulo, é desviado para o primeiro tanque de pré-tratamento compreendendo um tanque de extração, em que a amônia é extraída por meio da adição, no tanque de extração, de, p. ex. CaO e/ou Ca(OH)2. No entanto, adição de CaO e/ou Ca(OH)2 à calda também pode ocorrer antes da entrada da calda no primeiro tanque de tratamento ou tanque de extração.

Ao mesmo tempo que a adição de CaO e/ou Ca(OH)2, ou, em um estágio mais posterior, o tanque de pré-tratamento compreendendo o tanque de extração é submetido a extração e/ou aquecimento, e o N ou amônia extraído é, de preferência, absorvido antes de ser armazenado em um tanque separado (11). O N extraído, incluindo amônia, é absorvido de preferência numa coluna no tanque de extração compreendido no primeiro tanque de tratamento antes de ser direcionado para o tanque separado para armazenamento.

Materiais orgânicos difíceis de digerir com organismos microbianos durante a fermentação anaeróbica são, de preferência, previamente tratados em um segundo tanque de pré-tratamento (3) antes de serem direcionados para o primeiro tanque de pré-tratamento (2) compreendendo o tanque de extração conforme descrito acima. Esses tipos de materiais orgânicos compreendem tipicamente quantidades significativas de, p. ex. celulose e/ou hemicelulose e/ou lignina, p. ex. de preferência mais de 50% (peso/peso) de celulose e/ou hemicelulose e/ou lignina por peso seco de material orgânico, como palhas, plantas cultivadas, incluindo milho, rejeitos de plantas cultivadas, e outros materiais orgânicos sólidos. N incluindo amônia é subseqüentemente extraído do material orgânico pré-tratamento.

Tanto no primeiro como no segundo tanque de pré-tratamento, a calda é submetida a uma hidrólise térmica e alcalina. No entanto, a temperatura e/ou a pressão é significativamente maior no segundo tanque de pré-tratamento, que portanto é, de preferência, projetado como um sistema fechado capaz de suportar altas pressões.

Finalmente, tendo sido a calda submetida a um pré-tratamento como descrito acima, ela é, de preferência, desviada para pelo menos um reator termófilo (6) e/ou pelo menos um reator de biogás mesófilo (6). Subseqüentemente, a calda é digerida anaerobicamente nos reatores concomitantemente com a produção de biogás, i.e. gás que consiste predominantemente de metano, compreendendo opcionalmente uma fração menor de dióxido de carbono. O(s) reator(es) de biogás faz(em) parte, de preferência, de uma planta de energia para produção aperfeiçoada de energia a partir do substrato de material orgânico. O biogás pode ser desviado para um motor a gás, e a energia gerada por este motor pode ser usada para aquecer o tanque de extração. No entanto, o biogás também pode ser desviado para um sistema de duto de biogás comercial para fornecimento de usuários domésticos e industriais.

Os restos da fermentação anaeróbica, ainda na forma de uma calda compreendendo sólidos e líquidos, é desviada, de preferência, numa concretização preferida, para pelo menos centrífuga de decantação (7) para separação de sólidos e fluidos. Um resultados desta separação é uma fração pelo menos semi-sólida compreendendo quase exclusivamente P (fósforo), como uma fração pelo menos semi-sólida compreendendo, de preferência, mais de 50% (peso/peso) de P (12). Na mesma etapa (7), ou em outra etapa de separação de centrífuga de decantação (8), obtém-se pelo menos uma fração semi-sólida compreendendo quase exclusivamente K (potássio), como um fração pelo menos semi-sólida compreendendo, de preferência, mais de 50% (peso/peso) de K (13). Estas frações, de preferência na forma de granulados, obtidas após uma etapa de secagem, incluindo uma etapa de secagem por pulverização ou uma etapa de secagem de calda, compreendem, de preferência, P e/ou K em purezas comercialmente aceitáveis facilmente utilizáveis para fertilizantes comerciais (10). Tais fertilizantes podem ser espalhados sobre plantas cultivadas ou campos agrícolas. Os líquidos (9) também resultantes da etapa de separação de centrífuga de decantação, como água residual, também podem ser desviados para campos agrícolas, eles podem ser desviados de volta para o estábulo ou para os alojamentos para animais, ou para um sistema de tratamento de esgotos.

Em uma concretização adicional, o primeiro tanque de pré-tratamento pode ser abastecido com material orgânico que se origina de tanques de silagem (4) compreendendo materiais orgânicos fermentáveis. A condução de tais materiais orgânicos para o primeiro tanque de pré-tratamento pode compreender uma etapa que envolve uma fermentação anaeróbica, como p. ex. tanque de fermentação termofílica, capaz de remover gases da silagem.

Adicionalmente, palhas e, por exemplo, rejeitos de plantas cultivadas provenientes de campos cultivados (5) também podem ser conduzidos para estábulos ou alojamentos para animais e, mais tarde, para o primeiro e/ou segundo tanque de pré-tratamento.

Fig. 2 ilustra uma concretização essencialmente como descrito na Fig. 1, mas com a diferença de que apenas fósforo (P) é recolhido após separação em centrífuga de decantação, e água na forma de água residual é recolhida em um tanque separado para purificação ulterior, incluindo remoção adicional de N, remoção de odores, e a maior parte dos sólidos remanescentes. Isto pode ser realizado, p. ex. por meio de fermentação aeróbica. Também é possível separar potássio (K) dos líquidos neste estágio.

Fig. 3 ilustra uma concretização compreendendo uma abordagem simplificada para sistema combinado de separação de biogás e calda de acordo com a presente invenção. Nesta concretização, não se utiliza fermentadores de biogás, e os sólidos resultantes de pré-tratamento em tanques de pré-tratamento um (2) e/ou dois (3) são submetidos a separação com centrífuga de decantação (4 e 5) após extração de N incluindo amônia e seu recolhimento em um tanque separado (8). Frações separadas e pelo menos semi-sólidas compreendendo P e K são obtidos (9 e 10). A Fig. 4 ilustra uma concretização em que o potássio (K) não é separado após separação com centrífuga de decantação conforme descrito para a concretização ilustrada na Fig. 3. Contudo, separação adicional de K da água residual subseqüentemente recolhida é possível.

Figuras 5 e 6 ilustram uma concretização preferida do sistema de acordo com a invenção. Os componentes individuais são descritos aqui em detalhe.

Concretizações preferidas adicionais da presente invenção são descritas de maneira mais detalhada a seguir.

Descrição detalhada da invenção A presente invenção refere-se a uma quantidade de aspectos individuais como descrito mais detalhadamente abaixo. O primeiro aspecto (sanitizacãol O primeiro aspecto inclui um sistema que consiste de um primeiro dispositivo, um alojamento ou um estábulo para a criação de animais, incluindo animais domésticos, como porcos e gado, e/ou um segundo dispositivo principalmente para extração de amônia e pré-tratamento do substrato e/ou um terceiro dispositivo, principalmente uma planta de energia, para produção aperfeiçoada de energia a partir do substrato. O sistema pode consistir, de preferência, de um alojamentos para animais e de um tanque de extração e de um reator de biogás. Componentes adicionais podem incluir um dispositivo para adição de CaO ou Ca(OH)2 à calda, uma coluna de absorção operada com base em, p. ex. ácido sulfurico, um tanque de armazenamento para o concentrado de amônia, e um tanque de armazenamento para calda digerida. O biogás produzido pode ser usado desejavelmente para a produção de corrente e calor em um motor e gerador a gás, sendo que a corrente, de preferência, é vendida para uma rede e o calor, de preferência, é usado para aquecimento de, p. ex., calda e/ou alojamentos. A planta de energia de acordo com a invenção apresenta um desempenho excepcional em termos de produção por unidade de substrato tratado na planta. O desempenho excepcional é obtido por meio de uma combinação de pré-tratamento do substrato a ser digerido, sejam estercos animais ou outros substratos orgânicos, com extração de amônia do substrato antes da digestão anaeróbica. O desempenho excepcional é alcançado por uma combinação e pré-tratamento do substrato a ser digerido, sejam estercos animais ou outros substratos orgânicos, com extração de amônia do substrato antes da digestão anaeróbica.

As vantagens associadas com a presente invenção são descritas mais detalhadamente abaixo. Um aspecto central do aspecto de sanitização da invenção é um pré-tratamento que compreende - sozinho ou em combinação - uma quantidade de etapas de pré-tratamento individuais descritas detalhadamente a seguir: Pré-tratamento de calda após remoção dos alojamentos para animais pode incluir uma ou mais das seguintes etapas: 1) extração de amônia, 2) hidrólises de matéria orgânica, 3) sanitização da calda, 4} redução de formação de espuma, 5) floculação, 6) precipitação de P, e 7) prevenção de formação de estruvita.

Os princípios de trabalho são que a calda é desviada do primeiro dispositivo para um tanque de extração onde amônia é extraída através de adição de CaO ou Ca(OH)2, extração e calor e absorvido numa coluna antes de ser armazenado em um tanque. Ao mesmo tempo a calda é submetida a uma hidrólise térmica e alcalina, de preferência utilizando-se um cozinhador a cal. Finalmente, a calda pré-tratada é desviada para o terceiro dispositivo, consistindo de um ou dois reatores de biogás termópilos/mesópilos, em que a calda é digerida anaerobicamente sob a produção de biogás, i.e. gás consistindo principalmente de metano com uma fração menor de dióxido de carbono. O biogás é desviado para um motor a gás e o calor deste motor é usado para aquecer o tanque de extração. A corrente produzida é vendida para a rede.

Como palha e, possivelmente, serragem são uma fração significativa dos rejeitos de camas de animais [deep litter] de alojamentos de gado e galináceos, há uma necessidade de pré-tratamento específico destes estercos antes da utilização ótima como substrato para a produção de metano em plantas de biogás. Cozimento a cal com pressão representa um método preferido de pré-tratamento com relação a esse aspecto. Rejeito de camas de animais tratado com desta tecnologia pode portanto ser disponibilizado para a produção de metano de uma maneira mais eficiente e resultar numa produção incrementada de biogás. Adicionalmente, assegura-se que o ácido úrico e a uréia dissociem a amônia e que proteínas e outras substâncias sejam dissolvidas. Desta forma assegura-se que o nitrogênio inorgânico do rejeito profundo possa ser coletado no concentrado de N através do processo de extração de amônia. A disponibilidade do N no rejeito profundo e no esterco avícola para plantas cultivadas agrícolas toma-se portanto substancialmente incrementada. Estima-se que o potencial da eficiência de utilização possa ser incrementado a cerca de 90% como no caso de outros estercos tratados na planta de separação de biogás e calda de acordo com a presente invenção.

Altemativamente, pode ser apropriado digerir o esterco avícola no primeiro reator termópilo ou mesópilo antes de se passar o esterco para o tanque de extração. Isto depende da qualidade do esterco e de a que grau o ácido úrico se dissocia devido a dois tratamentos diferentes. Experiência obtida após algum tempo de operação deverá clarificar isto. É importante acentuar a versatilidade da planta que permite tratar todos os tipos de esterco e de culturas energéticas. A construção técnica é relativamente simples devido a um transportador a parafuso equipado com um macerador, totalmente confeccionados em aço inoxidável à prova de ácido, transporta a biomassa até um cozinhador a cal em que a massa é aquecida por meio de uma injeção de o vapor a 180-200 C. A pressão atinge 10-16 bar durante os 5-10 minutos necessários para que a massa seja tratada. A unidade a ser construída deverá ser capaz de produzir temperaturas e pressões no intervalo de temperaturas de 100-200°C. Com isso é possível ajustar o tratamento a diferentes biomassas a serem digeridas na planta de acordo com a invenção considerando o uso de energia, formação de alcatrão e parâmetros técnicos.

Formação de espuma representa um problema comum em plantas de biogás. Uma escolha preferida para controlar a formação de espuma em plantas de biogás, em particular quando abastecidas com grandes quantidades de biomassa de, por exemplo, culturas energéticas, é óleo de colza, que, além do efeito de controle de espuma também é um substrato para formação de gás metano, lons de Ca também são muito eficientes para controlar espuma, como o são muitos sais. Uma medida preferida para controlar espuma da presente invenção é Ca(OH)2 e/ou CaO além de seus outros efeitos indicados previamente. Acredita-se também que a suplementação da calda com íons de Ca estimula a formação de flocos e a adesão bacteriana a partículas orgânicas e, assim, o desempenho da digestão anaeróbica.

Assim, caso se necessite de controle adicional de espuma e/ou de floculação no processo devido a uma produção muito alta de gás os fermentadores podem ser abastecidos diretamente com Ca e/ou óleo de colza. A adição de Ca(OH)2 ou CaO também levará à precipitação de bicarbonatos como CaCOs. Isto reduz a concentração de C02 em solução e na fase gás e contribui para a redução de formação de espuma através de emissões reduzidas de dióxido de carbono. A adição de Ca(OH)2 ou CaO em conexão com extração de amônia e sanitização da calda também levará à precipitação de ortofosfato, i.e. P dissolvido (PO4’)· Estas partículas de P podem ser suspensas na calda e também outros flocos. O uso de Ca também levará a uma redução limitada de demanda de oxigênio químico (COD: Chemical Oxygen Demand), o que significa que Ca precipita outros sais que não apenas o ortofosfato.

Acredita-se que - irrespectivamente das diferenças químicas entre diversos produtos orgânicos residuais, um simples tratamento com calor e, em particular, tratamento com calor em combinação com hidrólise alcalina levará a um maior rendimento de gás. Além disso, acredita-se que uma combinação de altas temperaturas e pH elevado durante pré-tratamento resulte em uma sanitização mais efetiva do material orgânico em comparação com digestão anaeróbica apenas, seja termófila ou mesófila.

Deve-se observar que na Ordem Estatutária n° 823 do Ministério Dinamarquês para o Ambiente e Energia, estabelece-se que uma sanitização controlada consiste de 1 hora de tempo de permanência a 70°C. Em vista disto, acredita-se que um tratamento de acordo com concretizações preferidas da invenção que consistem de um tempo de permanência de uma semana a 70°C antes de duas digestões anaeróbicas subseqüentes (termo- ou mesofílica) elimine completamente todos os patógenos microbianos e zoonóticos veterinários e/ou humanos. De preferência, príons de BSE também são eliminados ou, pelo menos, têm seu número significativamente reduzidos. O resultado global é que todos os organismos infecciosos na calda são eliminados e, portanto, não são disseminados no ambiente quando o esterco é aplicado no campo. Isto também toma possível enxaguar o primeiro dispositivo (os alojamentos para animais) com a calda digerida de modo a manter os chiqueiros etc. limpos. Desta forma previne-se infecções cruzadas entre os animais. Isto também permite uso adicional da água para enxaguar animais e chiqueiros, exaustores de ar etc. com os efeitos de prevenir emissões de odor, pó e agentes infecciosos para o ar. Isto é possível porque a calda com água adicional não deve ser armazenada até os períodos em que a pulverização sobre o campo é permitida. A calda sem N pode ser espalhada sobre o campo durante todo o ano.

No entanto, no primeiro aspecto, é o pré-tratamento e, portanto, a esterilização da calda, que é preferida com o fim de permitir espalhamento subseqüente sobre campos agrícolas.

Está claro que a presente invenção se refere a uma variedade de diferentes aspectos, que constituem, individualmente ou em combinação, invenções patenteáveis per se. A seção abaixo contém uma descrição de diversas partes individuais (componentes) de um aspecto da presente invenção. Uma visão abrangente dos componentes é dada nas figuras 5 e 6.

Deve-se compreender que componentes selecionados podem formar a base para outros aspectos da presente invenção. A invenção não deve de modo algum ser limitada à combinação de toda a lista de componentes descritos abaixo. Isto ficará claro, a partir da descrição, quando outros aspectos da invenção são relacionados com apenas alguns dos componentes descritos abaixo. Exemplos não limitantes de tais aspectos incluem dispositivos para concentração de N (nitrogênio) e/ou P (fósforo) e/ou K (potássio); geração de energia baseada nos componentes de tanque de extração, cozinhador a cal e fermentador; e processamento de água residual para o bem-estar dos animais.

Deve-se compreender também que os aspectos abaixo relacionados - entre outras coisas - com o aspecto da sanitização, não precisam necessariamente compreender todos os componentes ilustrados abaixo. Compreende-se que aspectos relacionados com a sanitização também compreendem uma combinação de apenas alguns dos componentes descritos abaixo.

Aloiamentos nara animais Os alojamentos para animais (componente número 1) servem para proporcionar uma ótima qualidade alimentícia e de segurança alimentar, ótimas condições de bem-estar dos animais e de operação para o pessoal nos alojamentos, um ótimo gerenciamento da calda, adequados para tratamento na planta GreenFarmEnergy, e para reduzir ao mínimo emissões para o ambiente externo (amônia, pó, odor, metano, óxido de dinitrogênio e outros gases). O sistema de alojamento pode consistir de um' ou mais alojamentos de desaleitamento precoce com um total de 10 seções projetadas para produzir 250 unidades de criação anualmente. Cada alojamento da seção, p. ex. 640 leitões (7-30 kg) ou 320 porcos produtores de carne (30-98 kg).

Espera-se que uma quantidade de cerca de 10.000 m3 de calda possam ser produzidos anualmente. Adicionalmente a este volume, uma quantidade de 5-10.000 m de água de processo deverão ser reciclados através dos alojamentos. As condições principais a seguir deverão ser atendidas, de preferência, pelo sistema de alojamento: 1) Sistema de dois climas: Os chiqueiros devem ser projetados, de preferência, como sistemas de dois climas. A parte posterior dos chiqueiros deve ser equipada com uma cobertura ajustável que permita aos porcos escolher entre um ambiente relativamente quente sob a cobertura e um ambiente relativamente frio no resto do chiqueiro. A diferença de temperatura deve situar-se na faixa de 5-10°C.

Quandos os leitões atingiram um desenvolvimento atingindo um peso em tomo de 30 kg deve-se usar a cobertura para permitir temperaturas geralmente mais frias no alojamento para animais. Os porcos podem manter-se quentes sob a cobertura. Permitindo-se temperaturas mais frias é possível aumentar a ventilação também durante períodos de ambiente mais frio. 2) Ocupação: Os porcos recebem, de preferência, palha de um fornecedor automático. Assim estimula-se o comportamento de busca e de cavucação, porque eles devem, eles próprios, retirar a palha do fornecedor automático. A palha também serve de fonte de energia na planta de energia. 3) Aquecimento: Calor da planta de energia é reciclado, de preferência, para os alojamentos para animais. O calor pode ser proporcionado por dois sistemas de circulação separados. Um localiza-se sob a cobertura a 30-35°C, o que proporciona aos porcos um micro-clima confortável, mantém o piso seco e reduz crescimento bacteriano no piso. O segundo proporciona calor ao espaço aéreo global no alojamento via dutos ao longo das paredes do alojamento. A segunda circulação é acoplada ao controle de ventilação. 4) Duchas: Duchas são instaladas, de preferência, sobre os estrados, que cobrem % da área total do piso. Isto estimula os porcos a evacuarem sobre os estrados. A água da ducha lavará o esterco para os canais prevenindo mal-odor, perdas de amônia, etc. Os pisos sólidos limpos reduzem substancialmente as infecções possíveis por parte de patógenos no esterco, como Salmonella, Lavsonia etc. 5) Lavagem: Os canais de esterco são lavados, de preferência, diversas vezes por dia. Isto é proporcionado lavando-se os canais com água de processo da planta de energia. O esterco é desviado para um canal central através de uma válvula. 6) Projeto dos canais: A superfície do esterco é reduzida com o uso de canais em forma de V e obtém-se ao mesmo tempo uma lavagem ótima dos canais. Isto é central para a redução de emissões dos alojamentos para animais. 7) Ventilação: A ventilação é projetada de tal modo que 20% da ventilação máxima sejam desviados sob e através dos estrados para dentro de um recinto central de ventilação entre os canais em V duplos. Durante 60-80% do ano, 20% da ventilação máxima são suficientes para proporcionar ampla ventilação. 8) Alimentação: O alimento é fornecido por um equipamento de alimentação úmida que fornece forragem ad libitum.

Tanque de coleta de calda A função do tanque de coleta de calda (Componente número 2) consiste em coletar calda das lavagens diárias dos alojamentos para animais e funcionar como um reservatório intermediário antes do bombeamento para o tanque de recepção principal. A calda é desviada para o tanque de coleta por meio de gravidade. O volume pode ser qualquer um apropriado, como p. ex. 50 m3. O tanque pode ser confeccionado em concreto e o mesmo pode ser colocado abaixo do piso nos alojamentos para animais de modo que a calda dos alojamentos para animais possa ser desviada para o tanque de coleta por meio de gravidade.

Tanque de recepção principal Calda do tanque de coleta é bombeado, de preferência, para o tanque de recepção principal (Componente número 3). Outros tipos de rejeito/esterco líquido também podem ser adicionados no tanque de recepção de outras plantas/fazendas. Opções são calda de visão, calda de gado, melaço, vinhaças, silagem etc. Isto é transportado para o tanque de recepção via caminhão e é carregado diretamente no tanque de recepção. A capacidade / volume é qualquer um apropriado, como p. ex. de cerca de 1.000 m3. O nível no tanque de extração controla, de preferência, uma bomba, que bombeia calda do tanque de recepção. O ajuste da dose pode ser manual ou automático. A capacidade máxima pode ser qualquer uma apropriada sob as circunstâncias.

Adição de CaO

Quando calda está sendo bombeada do tanque de recepção 1 para o tanque de extração, adiciona-se cal à calda para aumentar o pH. O coletor de adição de cal é ajustado, de preferência, para adicionar 30-60 g de CaO/kg de TS. A cal é fornecida, de preferência, como um pó que pode ser soprado no silo a partir do caminhão. O volume/capacidade do silo pode ser, p. ex. de cerca de 50-75 m3. A dose de 30-60 g/kg de TS corresponde a aproximadamente 6-12 kg de CaO por hora com uma capacidade de calda de 3,5 m3/h com 6% de TS.

Quando adicionada diretamente à calda (6% de TS), a dose de cal é de cerca de 60 g/kg de TS de rendimento (cerca de 8,8 kg de CaO por hora). No entanto, prefere-se adicionar a cal diretamente na unidade de hidrólise e esterilização com pressão de álcali. Quando se adiciona cal diretamente na unidade de pressão (o meio E contém 20-70% de TS), a dose de cal é de cerca de 30-60 g/kg de TS. 60 g/kg d.m. equivale a cerca de 342 kg de CaO por batelada, enquanto que 30 g/kg d.m. equivale a cerca de 171 kg de CaO por batelada.

Instalação do balanço O balanço (Componente número 5) deverá pesar, de preferência, o meio E que adentra (material orgânico contendo energia). Os fornecedores especificarão, de preferência, o tipo de meio que é fornecido pela planta, i.e. rejeito de camas de animais, culturas energéticas etc. de vários tipos. A especificação deverá ser realizada selecionando-se o meio E relevante em um painel de controle. De acordo com o registro nominal dos fornecedores, o peso do meio E recebido é registrado, inclusive a especificação do meio.

Assim, o controle especifica para cada meio E (ver hidrólise alcalina): • Potencial de energia • O tempo requerido de aquecimento • O tempo requerido de retenção Estação de recepção para rejeito de camas de animais e culturas energéticas A estação de recepção (componente número 6) deverá receber rejeito de camas de animais, p. ex. de aves ou de outros animais, e também culturas energéticas. A estação é, de preferência, um grande silo equipado com vários transportadores a parafuso no solo. Os caminhões descarregarão sua carga de meio E diretamente no silo. O volume/capacidade pode ser qualquer uma apropriada sob as circunstâncias, como p. ex. uma capacidade anual de meio E (cerca de 51,5% de TS) de cerca de 9.800 toneladas. O volume do silo pode ser de vários metros cúbicos até cerca de 100 m3, correspondendo a três dias de capacidade (65 h). Os materiais são, de preferência, concreto/aço.

Silo para culturas energéticas O silo para culturas energéticas (Componente número 7) serve para proporcionar meios de armazenamento para culturas energéticas. As culturas são conservadas, de preferência, como silagem. O volume / capacidade pode ser de, p. ex., cerca de 5.000-10.000 m3. O silo pode ser um compartimento fechado do qual calda de silagem é recolhido e bombeado ao tanque de recepção.

Sistema de transporte e homogeneização nara reieitos de camas de animais e culturas energéticas O sistema de transporte e homogeneização (Componente número 8) para rejeitos de camas de animais e culturas energéticas recebe, de preferência, meio E dos transportadores a parafuso no piso da estação de recepção. O meio E pode ser transportado por meio de transportadores a parafuso até às unidades de cozimento e, ao mesmo tempo, de preferência, macerados por meio de um macerador integrado. O volume/capacidade pode ser qualquer uma requerido sob as circunstâncias, incluindo cerca de 1,5 m3 de meio E / hora, ou 8.200 toneladas de meio E / ano. A capacidade do sistema de transporte-homogeneização é, de preferência, não menor do que cerca de 30 m3 / hora. Três parâmetros fudamentais devem controlar a adição de meio E, i.e. volume, peso por volume, e tempo. A partir destes parâmetros deve-se determinar volume por unidade de tempo, tempo e, assim, volume e peso total.

Unidade de hidrólise e esterilização alcalina sob pressão A unidade de hidrólise e esterilização alcalina sob pressão (Componente número 9) deve servir a duas finalidades principais, i.e. primeiramente a eliminação de patógenos microbianos no meio E em particular em rejeitos de camas de animais de diversas produções de aves ou de outros animais e, em segundo lugar, ao mesmo tempo hidrólise [lacuna] elementos estruturais do rejeito com o fim de tomá-los disponíveis para degradação microbiana nos fermentadores.

De preferência, a unidade também deve eliminar ou, pelo menos, reduzir substancialmente príons de BSE, caso presentes, no rejeito introduzido na planta. Um rejeito desse tipo inclui farinha de carne e de ossos, gorduras animais ou produto semelhante proveniente do processamento de animais e não usado para consumo. O preenchimento do esterilizador pressurizado é proporcionado pelo sistema de transporte e homogeneização, que transporta meio E para o [lacuna] de acordo com tipo de meio E conforme definido na instalação de balanço. A unidade de cozimento com pressão consiste de duas unidades idênticas, i.e., duas câmaras horizontais alongadas tubulares com um parafuso central. Os dois tubos são fixados um sobre o outro de modo a proporcionar fácil carregamento do tubo inferior. As unidades são cobertas por uma capa oca em um dos lados descendentes. A capa deve desviar calor do vapor sob a camisa para o meio.

Adiciona-se cal na unidade de cozimento superior a partir do silo de CaO, i.e., 342 kg por batelada. O tubo inferior recebe meio E pré-aquecido desde a unidade superior. A unidade inferior é esvaziada num pequeno tanque de misturação contendo 25 m3. Aqui, o meio E é misturado com calda do tanque de recepção 1, subseqüentemente a mistura é bombeada para o tanque de extração. O tubo de CaO contém um bypass de tal forma que seja possível adicionar CaO diretamente no recipiente de misturação sob os dois tubos. A câmara de misturação é utilizada para misturar meio E esterilizado e calda bruta do tanque de recepção [de modo a proporcionar] uma biomassa homogênea e reutilizar o calor do meio E.

Os parâmetros centrais do processo são teor de matéria seca do meio E, temperatura, pressão e pH. Considerando uma ampla faixa de combinações possíveis, o ajuste ótimo de parâmetros é uma temperatura de 160°C, pressão de 6 bar, teor de matéria seca de aproximadamente 30%, e pH de aproximadamente 12. O tempo de retenção na unidade de esterilização consiste de diversas fases: 1. Tempo de enchimento; 2. Tempo de pré-aquecimento no tubo superior; 3. Tempo de aquecimento no tubo inferior; 4. Tempo de retenção na temperatura e pressão selecionadas; 5. Tempo de liberação de pressão; 6. Tempo de esvaziamento, e 7: Tempo de CIP. A fase de enchimento consiste do tempo requerido para transportar o meio E para o esterilizador pressurizado e misturá-lo com a calda adicionada. O tempo de enchimento deve ser de aproximadamente 10 min. Após o enchimento, o meio E deve ser aquecido a 160°C a 6 bar. Ocorre pré-aquecimento no tubo superior e aquecimento final no tubo inferior. A expectativa é que o tempo de aquecimento seja de aprox. 30-40 min. O tempo de retenção na temperatura e pressão desejadas deve ser de aproximadamente 40 min. (a 160°C e 6 bar).

Tempo de liberação de pressão de aproximadamente 10 min. A pressão é liberada no tanque de extração. O esvaziamento é obtido operando-se os transportadores a parafuso.

Tempo de CIP. Limpeza realizada dependendo da ocasião, sendo que geralmente não é necessária. O volume do cozinhador com pressão é de 10 m3 por unidade, e o grau de enchimento é de aproximadamente 75-90%. O volume do recipiente de misturação é de 25 m3.

Um exemplo das condições de operação são [sic] ilustrados abaixo.

No painel para fornecedores em que meios E são registrados, deve-se definir, de preferência, o que segue para o controle da unidade de esterilização: Peso, volume e tipo de meio E. Assim, é possível definir para cada meio E transportado para o cozinhador com pressão: Potencial de energia para cada meio E

Tempo de aquecimento necessário Tempo de retenção necessário Tempo de misturação necessário com a calda Uso de energia necessária dependendo do meio E

Grau de enchimento, sinal de calibragem de radar / microondas Valores empíricos dependendo de monitoração visual por parte do operador Tanque de misturação para calda bruta e meio E esterilizados com pressão Após esterilização e hidrólise na unidade de pressão, a biomassa tratada é deixada expandir num tanque de misturação (Componente número 10) localizado, de preferência, abaixo da unidade de pressão. Pressão em excesso (vapor) é liberada no tanque de extração de modo a recolher amônia e transferir calor para a biomassa do tanque de extração antes da expansão no tanque de misturação. A finalidade do tanque de misturação é a de misturar calda bruta fria do tanque de recepção com meio E esterilizado quente para se obter transferência de calor (reutilização de calor) e misturação dos dois meios.

O volume / capacidade é de, p. ex., cerca de 25 m3. É possível usar qualquer material adequado, incluindo fibra de vidro isolada. A temperatura de trabalho é, tipicamente, de cerca de 70-95°C.

Tanque para biomassa líquida A biomassa líquida contida no tanque para biomassa líquida (Componente número 11) deve ser usada para assegurar suficiente produção de biogás durante a fase de inicialização da planta toda. No entanto, ocasionalmente ela também pode ser usada quando uma tal biomassa líquida está disponível. Biomassa líquida inclui, p. ex. óleo de peixe, e gorduras animais e vegetais. Também é possível utilizar vinhaças e melaços, mas isto não é preferido devido ao teor de água relativamente alto e, com isto, ao baixo teor de energia potencial por kg de produto. Λ O volume / capacidade é, tipicamente, de cerca de 50 m , e um material adequado para o tanque é aço inoxidável. O conteúdo do tanque é, de preferência, líquidos e sólidos apresentando um tamanho de partículas de, no máximo, 5 mm. De preferência, proporciona-se agitação e também um sistema de aquecimento para controle da temperatura, bem como bomba(s) de alimentação para o(s) fermentador(es). A temperatura deve ser, de preferência, no mínimo, de 75°C de modo que biomassa oleosa ou gordurosa possa ser bombeada para o(s) fermentador(es).

Tanque de extração e sanitizacão O tanque de extração e sanitização (Componente número 12) recebe, de preferência, os seguintes meios: Calda do tanque de recepção 1 e/ou Meio E do cozinhador com pressão, e/ou Possivelmente biomassa líquida do tanque de biomassa líquida e/ou r Agua residual do decantador ou, possivelmente, após separação de K. A finalidade do tanque é a de regenerar calor usado no cozinhador com pressão mediante aquecimento da calda do tanque de recepção 1, misturar o meio E com calda e, portanto, proporcionar uma alimentação homogênea para os fermentadores, controlar pH antes da alimentação aos fermentadores, e sanitizar a calda. O tanque de extração e sanitização extrai amônia, etapa I, e o gás é desviado para uma coluna de absorção que é comum ao processo de extração final, etapa II. Patógenos microbianos são eliminados e o meio/calda é preparado para digestão anaeróbica.

Uma forma presentemente preferida do tanque de extração e sanitização é: Fundo/piso Com cone de concreto isolado, voltado para baixo num ângulo de 20 graus Agitação prejudicada / areia é removida do piso ou de acordo com o sistema de bombeamento mamute Um filtro de areia é colocado no fundo, que pode ser esvaziado através de uma conexão de tubos externos. Também é possível esvaziar o tanque através do filtro.

Topo/teto Com cone em poliésteres isoftálicos em construção de sanduíche isolado (espuma encapsulada). O ângulo do cone é de aproximadamente 10 graus.

Sistema de aspersão de água montado para evitar a produção de espuma devido ao processo de agitação e ao processo de maneira geral.

Um sistema de agitação de baixa velocidade é colocado no topo do cone para assegurar a homogeneização ótima, evaporação ótima da amônia, e distribuição ótima de calor no meio. A amônia é transportada com ar úmido em um tubo até a unidade de absorção Lateral/parede Com cone em poliésteres isoftálicos em construção de sanduíche isolado (espuma encapsulada).

Monta-se aproximadamente 600 metros de tubos de aquecimento de 5/4" (3,18 cm) em forma de anel cilíndrico no interior do tanque para aquecer o meio.

Monta-se alguns transmissores de temperatura para regular o processo de aquecimento.

Monta-se um instrumento de medição do pH para regular o fornecimento de ácido ao meio Fora da parede do cilindro, no fundo, monta-se um recinto isolado de válvula/bombeamento.

Coloca-se um difusor de vapor de amônia no meio do tanque. O vapor de amônia gerado na unidade de hidrólise e esterilização de álcali é difundido no meio.

Volume/Canacidade: A parede do cilindro apresenta um diâmetro interno de cerca de 12 m e uma altura de 9 m. Isto significa um volume de manejo do tanque de aproximadamente 1.000 m3 incluindo-se o cone do fundo. O tempo de retenção hidráulica para a calda e meio E é de cerca de 7 dias, e o tempo de retenção mínimo absoluto é de cerca de 1 hora.

Em uma concretização preferida, o fundo é constituído basicamente de concreto, ferro estrutural e isolamento à prova de pressão. A superfície em contato com o meio é revestida com poliéster isoftálico para evitar danos corrosivos ao concreto e ao ferro estrutural. Todos os tubos montados no fundo são em poliéster ou em aço inoxidável. O topo e o fundo são basicamente uma construção em poliésteres isoftálicos isolados em sanduíche (sabão encapsulado). Todos os tubos montados são em poiléster ou em aço inoxidável.

Outros componentes O elemento agitador é confeccionado em aço inoxidável Os elementos de aquecimento são confeccionados em aço doce revestido e/ou em aço inoxidável Todos os outros componentes colocados no interior do tanque são constituídos em aço inoxidável.

Em uma concretização preferida, os valores de parâmetros default para extração de amônia da calda neste sistema são: Temperatura de cerca de 70°C; pH de cerca de 10 - 12; relação líquido-gás < 1:400, 1 semanas de operação, e mais obtém-se mais 90% de efetividade.

Um exemplo de condições de operação concebíveis encontra-se listado abaixo: Meio: Todos os tipos de esterco animal líquido e meio E sólido ou líquido esterilizado com pressão, diversos rejeitos orgânicos líquidos, CaO.

Temperatura de operação: 70 - 80°C

Combinação de gás de operação: 80% NH4, 15% C02, 3% 02, 2% de outros gases Valor K de isolamento: 0,20 W/m2K

Pressão máxima de operação: +20 mbar abs. (Nenhum vácuo) Viscosidade máxima no meio: 15% TS

Faixa base/ácido: pH 5-10 Rudimentos abrasivos no meio (Ex. areia): 1 -2% Temperatura máxima nos elementos de aquecimento: 90 graus Celsius Efeitos máximos nos elementos de aquecimento: 600 kW Efeito de transmissão: 7,5 kW / 20-25 rpm O tanque de extração e sanitização abaste o(s) fermentador(es) com material tratado para fermentação. Em um processo regulado no tempo o material será transportado para os fermentadores. A demanda de material depende do processo de digestão nos fermentadores. É possível utilizar um, dois, três ou mais fermentadores. O tanque de extração e sanitização é enchido regularmente com calda e meio E do processo de álcali com pressão. Finalmente, para se obter uma matéria seca de ~15% (15% TS). Alguns comutadores de nível regulam o conteúdo no tanque. Uma unidade de medição de TS regula o conteúdo de TS. A cada 1 hora após o enchimento com calda e meio E é possível bombear meio E ao(s) fermentador(es). O topo do tanque de extração e sanitização é ventilado, de preferência, por meio de uma unidade absorvedora de amônia (etapa I), e uma unidade medidora de pH regula a necessidade de CaO. A temperatura do meio E é regulada por meio de transmissores de temperatura.

Um processo regulado no tempo pode, opcionalmente, bombear água/calda no sistema de aspersão para prevenir produção de espuma.

Fermentadores para produção de biogás Digestão da biomassa é proporcionada por um sistema fermentador de múltiplas etapas compreendendo, de preferência, três fermentadores (Componentes 13, 14 e 15). Sistemas com menos fermentadores e com mais fermentadores também podem ser aplicados.

Os fermentadores são conectados, de preferência, para se obter máxima flexibilidade e ótima produção de biogás. Os fermentadores devem ser planejados para operação rotineira a temperaturas termófilas (45-65°C) e também a temperaturas mesófilas (25-45 C). O processo de digestão pode ser otimizado em termos de taxa de carregamento de orgânicos, tempo de retenção, e digestão máxima (min. 90% de VS). Inclui-se serpentinas de aquecimento para aquecer a biomassa à temperatura de operação preferida.

Um sistema de agitação de baixa rotação suportado pelo topo assegura ótima homogeneização e distribuição de calor na biomassa.

Regulação do pH é possível através da adição de um ácido orgânico (líquido) em quantidades necessárias.

Os fermentadores recebem, de preferência, os seguintes meios: meio E do tanque de extração e sanitização biomassa líquida do tanque de biomassa líquida ácidos do tanque de ácido A forma específica do tanque, em uma concretização preferida, pode ser de: Fundo/niso Cone de concreto isolado, voltado para baixo num ângulo de 20 graus.

Agitação prejudicada / areia é removida do piso ou de acordo com o sistema de bombeamento mamute Um filtro de areia é colocado no fundo, que pode ser esvaziado através de uma conexão de tubos externa. Também será possível esvaziar o tanque através do filtro.

Topo/teto Com construção do cone em aço doce. O ângulo do cone é de aproximadamente 10 graus Sistema de aspersão de água montado para evitar a produção de espuma devido ao processo de agitação e ao processo de maneira geral.

Um sistema de agitação de baixa velocidade é colocado no topo do cone para assegurar a homogeneização ótima, e distribuição ótima de calor no meio. O biogás é transportado com ar úmido em um tubo até a bolsa de gás.

Lateral/oarede Com construção do cilindro em aço doce.

Monta-se aproximadamente 600 metros de tubos de aquecimento de 5/4" (3,18 cm) em forma de anel cilíndrico no interior do tanque para aquecer o meio.

Monta-se alguns transmissores de temperatura para regular o processo de aquecimento.

Monta-se um instrumento de medição do pH para regular o fornecimento de ácido ao meio Fora da parede do cilindro, no fundo, monta-se um recinto isolado de válvula/bombeamento. O volume / capacidade de cada tanque pode apresentar qualquer volume líquido adequado, incluindo um volume líquido de cerca de 1.700 m3.

Os materiais para os fermentadores podem ser, p. ex., como especificados abaixo: Fundo O fundo é constituído basicamente de concreto, ferro estrutural e isolamento à prova de pressão. A superfície em contato com meio é revestida com poliéster isoftálico para evitar danos corrosivos ao concreto e ao ferro estrutural.

Todos os tubos montados no fundo são em poliéster ou aço inoxidável.

Topo e parede O topo e a parede são basicamente uma construção em aço doce. Todos os tubos montados são em poliéster, aço inoxidável ou em aço doce.

Outros componentes O elemento de agitação é confeccionado em aço doce.

Os elementos de aquecimento são confeccionados em aço doce. Todos os outros componentes no interior do tanque são confeccionados em aço inoxidável ou aço doce.

As condições de operação podem ser quaisquer condições adequadas, inclunido: Meio: Todos os tipos de esterco animal, primariamente calda de porcos. Culturas energéticas maceradas. Alguns tipos de rejeito orgânico, CaO, ácidos orgânicos.

Temperatura de operação: 35-56°C

Combinação de gás de operação: 65% CH4, 33% C02, 2% de outros gases Valor K de isolamento: 0,25 W/m2K perda de calor estimada em 10 kW

Pressão máxima de operação: +20 mbar abs. (Nenhum vácuo) Viscosidade máxima no meio: 12% TS

Faixa base/ácido: 5-10 pH

Rudimentos abrasivos no meio (Ex. areia): 1-2% Temperatura máxima nos elementos de aquecimento: 80 graus Celsius Efeitos máximos nos elementos de aquecimento: 600 kW

Efeito de transmissão: 7,5 kW / 20-25 rpm A digestão deve ser realizada a cerca de 55°C. Perda de calor é estimada como sendo de cerca de 10 kW. A biomassa no tanque pode ser aquecida de 5°C a 55°C durante 14 dias, e [existe] a possibilidade de adição de ácido para ajuste do pH.

Tanque para ácidos orgânicos para aiustes de pH nos fermentadores Proporciona-se também um tanque para ácidos orgânicos (Componente número 16) para ajustes de pH nos fermentadores).

Tanque de armazenamento intermediário para calda desgaseifícada antes da decantação Após digestão da biomassa nos fermentadores a biomassa desgaseifícada é bombeada para um pequeno tanque de armazenamento intermediário (Componente número 17) antes de ser submetida a separação no decantador.

Instalação do decantador A função da instalação do decantador (Componente número 18) é a de extrair sólidos suspensos (ss) e P da biomassa. O decantador separa a biomassa digerida nas duas frações i) sólidos, incluindo P, e ii) água residual. A fração de sólidos contém 25-35% d.m. Aproximadamente 90% dos ss. e 65-80% do teor de P da biomassa digerida são extraídos. No caso de adição de PAX (Kemira Danmark) no tanque de armazenamento intermediário antes da separação no decantador, aproximadamente 95-99% do P podem ser extraídos. A fração de sólidos é transportada para recipientes por meio de um transportador de rosca sem duto. A água residual contém 0-1% de ss. e K dissolvido. Os ss. dependem da adição de PAX. O componente principal das águas residuais é o K dissolvido que monta a aproximadamente 90% do teor de K original na biomassa. A água residual é bombeada para o tanque de água residual.

Sistema de transporte da fração de P e tratamento A partir da instalação de decantação, a fração de matéria sólida (denominada rotineiramente a fração de P) pode ser transportada para uma série de recipientes por meio de roscas e correias transportadoras formando um sistema de transporte de fração de P (Componente número 19).

Uma correia transportadora convencional transporta a fração de P até um armazenamento onde é amontada em pilhas, coberta com uma cobertura para composto e deixada compostar. O processo de compostação seca a fração de P e, assim, o teor de d.m. aumenta para 50-60%.

Segunda etapa de extração de N A extração eficiente de amônia da água residual é preferida, e um nível residual de cerca de 10 mg NH4-N / litro ou menos é preferido. A segunda etapa de extração é realizada, de preferência, utilizando-se um extrator a vapor operado a pressão ambiente. O princípio do extrator beneficia-se das diferentes temperaturas de ebulição de amônia e água. A temperaturas próximas de 100°C a extração de amônia é a mais eficiente. O uso de energia para aquecer o material a ser alimentado é um parâmetro operacional essencial. Portanto, a unidade de extração pode pré-aquecer o material a ser alimentado antes que o mesmo entre na coluna de extração a uma [temperatura] próxima de 100°C. Isto é proporcionado pelo uso de vapor (ou possivelmente água quente e vapor) proveniente da unidade de moto-gerador em um trocador de calor vapor-água.

Quando aquecido o material a ser alimentado entra na coluna de extração e percola toda a coluna enquanto que, simultaneamente, é aquecido à temperatura de operação por meio de uma contracorrente de vapor livre. O vapor / gás de amônia é condensado subseqüentemente em um condensador de duas etapas. A partir do piso da coluna a água, agora livre de amônia, é bombeada para uma bomba de descarga controlada por nível. A amônia extraída é desviada para o fundo de um condensador lavador de duas etapas onde o gás de amônia é condensado primariamente em uma contracorrente de condensado de amônia resfriada. O gás de amônia não condensado é condensado subseqüentemente em uma contracorrente de água pura (possivelmente permeada da etapa de osmose reversa final). Caso o uso de ácido seja desejado ou necessário, é conveniente utilizar ácido sulfurico neste estágio. Assim é possível obter uma maior concentração final de amônia. O condensador lavador são [sic] construídos, de preferência, em um polímero de modo a permitir o uso de ácidos.

Coluna de absorção de amônia (para uso com primeira e/ou segund extração de N) Utiliza-se um lavador de condensado para ganhar flexibilidade no que se refere à adição de ácido. A coluna (Componente número 21) é construída, de preferência, em duas seções de tal modo que a fração de amônia não condensada na primeira seção seja subseqüentemente condensada na segunda seção. Isto ocorre em contracorrente plena de tal modo que a adição de água seja o mais possível limitada. Com isto obtém-se a concentração máxima de amônia no condensado final (maior que 25%). O produto de amônia pode ser bombeado com uma bomba separada ou pode ser descarregado através de uma válvula na bomba de circulação. A absorção pode ser assistida pela adição de ácido sulfurico na contracorrente de água.

Tanque de ácido sulfurico O tanque de ácido sulfurico é utilizado para armazenar o ácido sulfurico usado no processo de extração de N. (Componente número 22).

Tanoue de NS O tanque de NS (Componente número 23) é usado para armazenar o N extraído.

Armazenamento de gás Prefere-se estabelecer um armazenamento de gás (Componente número 24) como um armazenamento intermediário para a alimentação de, p. ex., um motor de moto-gerador.

Tanque de água residual A água residual é bombeada, de preferência, da instalação de decantação para o tanque de água residual (Componente número 25). O tanque de água residual é equipado com um microfiltro submerso com operação estática. O microfiltro deve remover partículas maiores do que 0,01-0,1 pm. Uma pressão negativa de 0,2-0,6 bar deve ser gerada na membrana. Assim, o permeado é sugado através da membrana que retém as partículas na superfície da membrana. Visando prevenir o entupimento e incrustação da membrana o revestimento das superfícies da membrana precisa ser removido por meio de um procedimento periódico de retrolavagem.

Um dispositivo de controle a microprocessador deve controlar automaticamente a extração do permeado e o processo de retrolavagem. A extração deve ser interrompida por retrolavagem periódica, p. ex. durante 35 segundos a cada 300 segundos de tempo de operação. O fluxo total deve ser de 2-6 m3 por h. E possível aplicar aeração para assistir na microfíltração. Aeração pode impor esforço de cisalhamento na superfície da membrana reduzindo assim a incrustação e o entupimento. Ela também aera a água residual e estimula decomposição aeróbica da matéria orgânica residual, nitrificação e desnitrificação. Assim é possível remover possível odor remanescente, nitrato, etc. durante o processo de microfíltração. A partir deste tanque o permeado deve ser usado para: • Enxágüe dos alojamentos para animais, canais, estrados etc. • Separação adicional. K dissolvido deve ser concentrado por meio de osmose reversa, sendo que a fração de K deve ser armazenada em um tanque de armazenamento separado. Água para o enxágüe dos alojamentos para animais também pode ser utilizada para este fluxo de permeado. • O K também pode ser concentrado por meio de outros meios, como compressão mecânica ou vapor. Isto depende da escolha específica para cada planta e da quantidade de calor excedente disponível para compressão com vapor. O tanque de água residual contendo o concentrado da microfiltração deve ser esvaziado em intervalos regulares para se remover o concentrado de partículas. Este deve ser adicionado à fração de K ou à fração de P do decantador.

Tanque de K O tanque de K (componente número 26) serve à finalidade de armazenar o concentrado de potássio (K).

Limpeza do gás O biogás produzido nos fermentadores pode conter quantidades de traços de sulfeto de hidrogênio (H2S) cuja remoção é necessária (Componente número 27) antes de se queimar o biogás em uma planta combinada de calor e energia. O gás deve ser limpo mediante o emprego da capacidade de determinadas bactérias aeróbicas em oxidar H2S a sulfato. O gênero deve ser primariamente o gênero Thiobacillus que é conhecido de diversos ambientes terrestres e marinhos. Também é possível utilizar outros gêneros, como Thimicrospira e Sulfolobus.

Um tanque confeccionado em fibra de vidro empacotado com tubos de plástico com uma maior área de superfície deve ser enxaguado com água residual para se manter a umidade do material de empacotamento. O biogás é desviado através da coluna empacotada e adiciona-se um fluxo de ar (de ar atmosférico) ao fluxo de biogás. O ar atmosférico é adicionado para proporcionar uma concentração de oxigênio de 0,2% no fluxo de gás, i.e. suficiente para oxidar o H2S e, portanto, não produzir uma mistura explosiva de biogás e oxigênio. Utiliza-se um soprador de anel lateral.

Planta combinada de calor e energia (CHP: Combined Heat and Power) O componente principal na CHP (Componente número 28) pode ser, p. ex., um motor movido a gás conectado a um gerador para produção de energia elétrica. A prioridade principal para a CHP consiste em produzir a maior quantidade possível de energia elétrica relativamente ao calor. De preferência, o motor é resfriado por um circuito de água (90°C) e o calor é usado no processo da planta e para o aquecimento de, p. ex., os alojamentos para animais. O gás de exaustão é usado em um recuperador para produção de vapor. O vapor é usado como fonte de aquecimento no processo da planta, i.e. na unidade de esterilização com pressão e na unidade de extração de N II (prioridade um). Dependendo da quantidade de vapor ele também pode ser usado para concentrar o K na água residual (evaporação de vapor).

Entre o circuito de vapor e calor, estará instalado um trocador de calor, de modo que a ser possível transferir calor do sistema de vapor para o sistema de calor.

Adicionalmente ao disposição de engenhos indicado acima, instalar-se-á um fervedor de vapor. Este fervedor será usado para produção de calor para iniciar o processo, e, adicionalmente, deve ser usado como backup [reserva] para o engenho.

Caso se produza mais vapor do que o necessário no processo da planta, o restante da produção pode ser flashed em um resfriador.

Para iniciar o processo da planta (aquecimento de tanques fermentadores) etc. proporciona-se calor proveniente do fervedor movido a queima de óleo. Assim que a produção de gás é suficientemente grande para dar partida no motor, o motor assumirá a produção de calor.

Separação de potássio São possíveis pelo menos duas alternativas para separação de potássio da água residual (Componente número 29). A níveis relativamente altos de produção de biogás o motor do moto-gerador produz calor em excesso (vapor a 160°C) que pode ser usado para concentrar o K. O destilado livre de nutrientes pode ser usado para irrigação do campo ou pode ser reciclado através de toda a planta. A taxas relativamente baixas de produção de biogás é possível utilizar um microfiltro para filtrar partículas maiores do que 0,01-0,1 ym [sic] da água residual tomando o permeado adequado para tratamento em um filtro de osmose reversa convencional. O K deve ser concentrado, de preferência, a uma solução a 10-20%. O segundo aspecto (príons de BSE") No segundo aspecto preferido, a invenção pode ser aplicada de modo a reduzir substancialmente e/ou eliminar príons de BSE contidos em estercos, forragem, rejeito de matadouros, farinha de carne e de ossos e análogos. Isto é obtido por meio de uma combinação de pré-tratamento e digestão. Estes componentes como listados acima são suplementados com um dispositivo para pré-tratamento adicional do substrato contendo príons de BSE, p. ex. um cozinhador a cal com pressão. O cozimento a cal pode ser usado para hídrolisar uma variedade de substratos orgânicos incluindo material contendo príons.

Príons de BSE são proteínas resistentes a ataque de protease. No entanto, se tratados com cal a temperaturas, de preferência, de 140-180°C, pressões, de preferência, a 4-8 bar, e um pH de cerca de 10-12, os príons são parcialmente hidrolisados e, assim, tomados decomponíveis por enzimas microbianas, como proteases, amidases etc. Os micróbios estão presentes nos biorreatores e devido ao fato de que o substrato é depletado de amônia e [apresenta], assim, baixo teor de N total versus carbono total, os microorganismos são propensos a produzir adicicnalmente proteinases extracelulares e proteases capazes de hidrolisar os príons de BSE. O tempo de permanência também contribui para uma decomposição eficiente de príons de BSE. 0 terceiro aspecto (concentração de N e P') Em um terceiro aspecto preferido, a invenção pode ser aplicada para separar os nutrientes principais nitrogênio (N) e fósforo (P) de estercos animais e refinar os nutrientes a produtos fertilizantes com qualidade comercial ou "orgânica". Isto é obtido combinando-se os componentes do primeiro aspecto com uma centrífuga de decantação. O N e P são os nutrientes principais na calda que, ffeqüentemente, encontram-se em excesso em alojamentos para animais. O N é extraído e recolhido como descrito no primeiro aspecto deixando P na calda digerida remanescente. No entanto, caso submetido a uma centrífuga de decantação, o P é removido da calda juntamente com sólidos orgânicos e inorgânicos. O resultado é que, de preferência, mais de 90% do N e P na calda são recolhidos em frações separadas. A água residual remanescente contém algum potássio (K) e traços de N e P. A água residual é, portanto, adequada para espalhamento sobre o campo em qualquer tempo do ano. É possível extrair potássio (K) da água residual por meio de aeração e filtração adicional por membrana. Em resumo, utiliza-se microfiltros de cerâmica como difusores e filtros ao mesmo tempo. Os filtros são submersos na água residual e operados com períodos intermitentes de aeração e filtração. A aeração proporciona decomposição da matéria orgânica remanescente e precipitação de flocos inorgânicos. Portanto, a água tratada é adequada para filtração por membrana porque o entupimento e a incrustação são prevenidos. A aeração através das mesmas membranas (retrolavagem com ar) previne que as membranas venham a entupir e incrustar. O produto produzido é uma água concentrada (principalmente contendo K) e filtrada adequada para espalhamento no campo (requer-se uma área muito limitada).

Como sob o primeiro aspecto, a água residual também pode ser recirculada através dos alojamentos para animais. A fração de P é adequada para secagem ulterior, que produz um granulado com valor comercial. As frações de N e K também são de valor comercial. O terceiro aspecto preferido é projetado, em particular, para concentrar os nutrientes principais N e P (e K) contidos em calda e outros substratos orgânicos a produtos fertilizantes de qualidade comercial.

No entanto, caso centrífugas de decantação sejam combinadas com os outros elementos do sistema de separação de biogás e calda GFE, em particular a unidade extratora de N, ele toma-se de grande interesse para fazendeiros. A combinação de extração de N e centrífugas de decantação significa que a maior parte do teor de N e P da calda é separado e recolhido em frações individuais. É importante salientar que o P, quando presente em flocos, deverá ser extraído pela centrífuga de decantação.

Eles podem ser usados e adicionados nos campos de acordo com a necessidade específica de cada nutriente. Também é possível recircular a água residual obtida atrás da centrífuga de decantação pelos alojamentos para animais. A limpeza de pisos e estrados nos chiqueiros é realizada com vantagens adicionais em termos de bom clima interior, emissões reduzidas de amônia e de outros gases, lavagem freqüente dos canais de calda etc. A água residual pode conter uma fração maior do potássio (K), enquanto uma parte menor estará presente na fração de P. Isto significa que no cenário onde calda é depletada de amônia e submetida a separação de P, o N e P podem ser armazenados e aplicados de acordo com necessidades específicas, enquanto água residual pode ser aplicada durante todo o ano como água residual.

Pode-se estimar que a área que necessita de espalhamento é cerca de Υλ da área requerida para aplicação de calda, a área de harmonia, e que esta parte de Va deve ser aplicada por toda a área de harmonia durante um período de 4 anos.

Irrespectivamente do fato de se tratar ainda mais a água residual (ver seção), alguns fazendeiros ficarão indubitavelmente mais contentes com a extração de N e P com apenas um único reator para digestão da calda. Mesmo a extração de P com a centrífuga de decantação pode ser omitida porque o N é concentrado deixando uma calda diluída sem N que também pode ser espalhada sobre o campo em qualquer período do ano, exceto sobre terra congelada. É muito satisfatório que partes do sistema total possam ser oferecidas a fazendeiros, enquanto outros possam contentar-se com qualquer combinação mais adequada para suas situações. Em qualquer caso, é a extração de N que utiliza as centrífugas de decantação interessantes para a agropecuária prática. A água residual do processo completo pode ser submetida a um tratamento final dependendo das preferências do mercado.

Portanto, o desafio consiste em tratar a água residual para tomá-la adequada para filtração por membrana e também para reduções de volume maiores do que os 50-60% mencionados. O desafio consiste em utilizar também tecnologias bem conhecidas, baratas e robustas em um novo contexto. A solução consiste do seguinte: Aeração da calda é bem conhecida e aeração com ar atmosférico durante 2-4 semanas produz uma digestão aeróbica.

Aeração proporciona o seguinte: Primeiramente, a amônia remanescente é extraída e recolhida numa coluna de absorção (possivelmente a mesma usada durante o pré-tratamento) por meio de uma assim-chamada extração a baixa temperatura de cerca de 20°C. Requer-se uma relação líquido-gás mais ampla, de cerca de 1:2000 (Liao et al. 1995).

Em segundo lugar, a matéria orgânica remanescente e os componentes de odor são decompostos (Camarero et al. 1996; Burton et al 1998; Doyle e Noüe 1987; Garraway 1982; Ginnivan 1983; Blouin et al. 1988).

Em terceiro lugar, a amônia remanescente, após extração, será nitrificada a nitrato (Argaman Y. 1984; Gõnenc and Harremoes 1985).

Esta aeração será combinada com filtração mediante o emprego de nova tecnologia de rejeitos de esgotos, i.e., um princípio de microfiltração combinando aeração e filtração sobre filtros cerâmicos (Bouhabila et al. 1998; Scott et al. 1998; Zaloum et al. 1996; Engelhardt et al. 1998). Obtém-se uma aeração e filtração com eficiência energética numa única operação. A aeração é ainda mais usada para limpeza das membranas cerâmicas por meio de "retrolavagem com ar" (Visvanathan et al 1997; Silva et al 2000).

Isto deixa uma fase água bem adequada para separação sobre membranas de osmose convencionais, se necessário, porque os possíveis problemas de incrustação e entupimento são mínimos. Portanto, considera-se a hipótese de que é possível obter uma maior redução de volume com custos de energia substancialmente mais baixos, embora alguma energia seja utilizada para a aeração.

Mesmo que não se utilize filtração por membrana, a aeração per se pode ser motivada por meio de extração final de amônia e por meio de remoção dos componentes de odor remanescentes. O quarto aspecto (energia renovável!

Os dispositivos principais deste aspecto preferido são instalações de pré-tratamento que consistem de um tanque de extração e de um cozinhador a cal, e um projeto de processo de biorreatores que seja flexível e de múltiplas etapas (no mínimo 3 etapas).

No quarto aspecto preferido, a invenção pode ser aplicada de modo a produzir grandes quantidades de biogás a partir de uma ampla faixa de substratos orgânicos incluindo todos os tipos de estercos animais, culturas energéticas, resíduos de culturas, e outros rejeitos orgânicos.

As instalações de pré-tratamento do primeiro e do segundo aspectos permitem o uso de uma variedade de substratos orgânicos enquanto que a planta de biogás de múltiplos estágios permite uma digestão completa do substrato e, assim, um rendimento máximo de energia.

Substratos ricos em N e recalcitrantes, como estercos de aves e rejeitos de camas de animais, são pré-tratados no cozinhador a cal. O substrato cozido é pré-digerido em um reator mesópilo antes que o substrato entre no tanque de extração e nos reatores subseqüentes. A pré-digestão assegura que a matéria orgânica facilmente obtenível seja decomposta e o N liberado em solução como amônia. O volume de N é então recolhido no tanque de extração e o substrato orgânico recalcitrante que está sendo [sic] decomposto nos reatores subseqüentes da planta de energia. Altemativamente, dependendo da qualidade do substrato, ele pode entrar diretamente no tanque de extração antes de digestão nos reatores. O resultado é que são produzidas grandes quantidades de biogás, i.e. tipicamente de 5 a 10 vezes mais energia do que contida na calda. O tratamento no sistema de separação e biogás GFE assegura ainda mais que os nutrientes sejam recirculados para campo agrícola. As culturas energéticas são digeridas em um reator separado e a biomassa digerida é desviada para o tanque de extração. Neste tanque as fibras não decompostas durante a permanência no reator separado serão hidrolisadas e a amônia será recolhida na fração de N. O N contido em culturas energéticas pode então ser recirculado para o campo e usado na produção de novas culturas energéticas. É possível reutilziar cerca de 1 -3 kg de N por tonelada de silagem.

De preferência, o material orgânico de acordo com a invenção é depletado de amônia que, particularmente sob temperaturas termófilas, é inibitório para o processo de biogás (Hansen et al. 1998; Krylova et al. 1997; Kayhanian 1994). A amônia é extraída durante o pré-tratamento, em que a biomassa também está sendo hidrolisada etc.

De preferência, o processo pode ser repartido em um componente termófilo e um mesópilo (Dugba and Zhang 1999; Han et al. 1997; Gosh et al. 1985; Colleran et al. 1983). Isto dá origem a maiores rendimentos de energia e de estabilidade de trabalho, entre outras coisas, porque a biomassa permanece mais tempo nos biorreatores, o que permite que as bactérias de metano decomponham o substrato ao longo do tempo. Deve-se observar que é necessário mais energia para aquecimento quanto maior o volume total do reator.

Adicionalmente a este princípio de duas etapas, a planta deve utilizar outro reator adicional para digestão preliminar de esterco de aves e biomassas semelhantes que contêm N. As culturas energéticas também devem ser digeridas neste reator antes de processamento ulterior na planta de energia. Durante esta primeira digestão, a fração principal da matéria orgânica facilmente obtenível é decomposta e o nitrogênio é liberado em solução na forma de amônia. Agora, o nitrogênio pode ser extraído no tanque de extração e recolhido na fração de N.

Beterrabas, milho, capim trifólio etc. digeridos contêm cerca de 1 kg de N por tonelada de peso úmido e, portanto, é importante que este N seja recolhido na fração de N. Esterco de aves é ainda mais rico em N e também pode ser digerido no pré-digestor antes de ser ainda mais digerido na planta principal de biogás. A extração e hidrólise asseguram que as fibras recalcitrantes sejam disponibilizadas para digestão como descrito sob o pré-tratamento. A digestão a seguir, na planta principal de biogás, assegura um rendimento máximo de gás. O quinto aspecto íbem estar animal) Em um quinto aspecto preferido, a invenção pode ser aplicada de modo a assegurar ótimo bem-estar e saúde aos animais quando os mesmos são estabulados nos alojamentos para animais enquanto, simultaneamente, se reduz emissões de poeira e gases, como amônia. Isto é obtido na medida em que se jateia ou recircula água residual através dos alojamentos para animais com a finalidade de limpar e enxaguar chiqueiros, pisos, estrados, canais de esterco, etc. Isto reduz as superfícies emitentes onde odor, amônia e poeira podem ser liberados no ar interior do ambiente. O sistema permite adicionalmente o uso de palha sem que se aumente as emissões de poeira e amônia. A palha é um componente substancial para o bem-estar, em particular para porcos, mas também para outros animais. Ela proporciona aos animais material de cavucação e ocupacional, e forragem estrutural. A água residual captada após o tratamento na centrífuga de decantação (o terceiro aspecto) ou, possivelmente, após a primeira digestão (o primeiro aspecto) é bem adequada como um meio para jatear os alojamentos para animais. O jateamento remove as misturas de palha e esterco dos estrados.

Em aspectos preferidos adicionais, qualquer combinação do núcleo da invenção com outros aspectos mencionados pode ser preferida. O primeiro aspecto é incluído, de preferência, em todas as combinações.

Assim, considerando as descrições acima, de aspectos e concretizações preferidas da presente invenção, ficará claro que aqui se proporciona: Um método para produção aperfeiçoada de biogás, sendo que o referido método compreende as etapas de: i) extrair N, incluindo amônia, de materiais orgânicos que incluem estercos e caldas dos mesmos, e, opcionalmente, hidrolisar o material orgânico, ii) desviar o material orgânico assim obtido para um fermentador de biogás, e iii) obter biogás da fermentação do material orgânico. O método acima pode compreender adicionalmente a etapa de separar os sólidos resultantes da fermentação de biogás em uma etapa de separação envolvendo uma centrífuga de decantação. Frações separadas de P e/ou K, de preferência em forma granulada, são obtidas com esta separação. O método acima, em outra concretização, compreende a etapa adicional de recircular os líquidos resultantes da fermentação de biogás para estábulos ou alojamentos para animais, opcionalmente após uma etapa adicional de purificação.

Em outra concretização preferida, a etapa de extração de N, incluindo amônia, ocorre, de preferência, simultaneamente com, ou seqüencialmente com, em qualquer ordem, uma etapa que envolve uma etapa de hidrólise térmica e/ou uma etapa de hidrólise de álcali, sendo que qualquer uma ou ambas as etapas ocorre(m) a uma temperatura maior e/ou a uma pressão maior, como descrito aqui acima.

Assim, as concretizações preferidas em uma concretização resolvem os problemas associados com contaminação ambiental por parte de organismos microbianos indesejáveis, incluindo Salmonella Typhimurium DT104, e/ou príons associados com BSE que estão presentes em materiais orgânicos incluindo estercos e caldas dos mesmos.

Em outra concretização, as concretizações preferidas descritas acima resolvem os problemas associados com a obtenção de um padrão higiênico altamente suficiente em um estábulo ou em um alojamento para animais. Isto é obtido reduzindo-se e/ou eliminando-se organismos microbianos indesejáveis e/ou príons associados com BSE que estão presentes em materiais orgânicos incluindo estercos e caldas dos mesmos.

Em outra concretização adicional, as concretizações preferidas descritas acima resolvem os problemas associados com um uso excessivo de fontes de água caras em um estábulo ou em um alojamento para animais. Este problema é resolvido reutilizando-se água residual obtida da etapa de separação da centrífuga de decantação usada para separar sólidos e líquidos resultantes, i.e., de pré-tratamento de material orgânico e/ou extração de N, incluindo amônia, e/ou fermentação anaeróbica que leva à formação de biogás. Ao mesmo tempo, é possível reduzir e/ou eliminar a ocorrência de microorganismos microbianos na água residual por meio de etapas adicionais de purificação. A presente invenção também proporciona fertilizantes [baratos] com padrões comercialmente aceitáveis. Isto é obtido por meio de extração de N, incluindo extração de amônia, e separação de granulados contendo P e de granulados contendo K por meio de centrifugação de decantação após pré-tratamento, de preferência incluindo hidrólise térmica e de álcali.

Em outro aspecto da presente invenção proporciona-se um método para reduzir o número de organismos microbianos viáveis e/ou príons de BSE presentes em um material orgânico, sendo que o referido método compreende as etapas de: i) proporcionar um material orgânico compreendendo partes sólidas e/ou líquidas, ii) reduzir, no referido material orgânico, o número de organismos microbianos viáveis e/ou príons de BSE submetendo-se o material orgânico a: a) uma etapa de cozimento a cal com pressão, e/ou b) uma etapa em que o material orgânico é aquecido a uma temperatura predeterminada e/ou submetido a uma pressão predeterminada e/ou submetido à adição de base ou ácido, e/ou c) uma etapa resultando, pelo menos, em hidrólise parcial do material orgânico, em que as referidas etapas de processamento a), b) e c) podem ocorrer simultaneamente, ou seqüencialmente em qualquer ordem, e iii) obter um material orgânico processado compreendendo pelo menos um número reduzido de organismos microbianos viáveis e/ou príons de BSE. É possível eliminar uma ampla variedade de organismos microbianos com os métodos da invenção, incluindo organismos microbianos selecionados dentre organismos microbianos animais, organismos microbianos infecciosos, e organismos microbianos patogênicos parasíticos, incluindo qualquer combinação dos mesmos. Exemplos incluem, embora sem limitação, bactérias, como Campylobacter, Salmonella, Yersinia, Ascaris, organismos microbianos e parasíticos semelhantes, e também vírus, viróides e análogos. A etapa de cozinhamento a cal também pode servir para esterilizar o material orgânico, sendo que nenhum organismo microbiano viável sobrevive a esta etapa de processamento. De preferência, a cal compreende ou consiste essencialmente, de CaO ou Ca(OH)2.

De preferência, quaisquer príons de BSE ou outros príons presentes no material orgânico também são destruídos ou eliminados pelo processo de esterilização. Quando há uma redução de organismos microbianos e/ou príons após qualquer uma das etapas indicadas acima, a reação [pode] ser, p. ex., uma redução de 90%, uma redução de 80%, uma redução de 70%, uma redução de 60%, ou uma redução, de preferência, de pelo menos 50%.

Em uma concretização prefere-se aperfeiçoar a produção de biogás por meio de cozimento a cal com pressão do material orgânico antes que o material orgânico seja submetido a uma etapa de extração de N. Contudo, o material orgânico cozinhado a cal com pressão também pode ser fermentado antes de ser submetido a uma etapa de extração de N.

Quando o material orgânico é de origem vegetal, de preferência, ele pode ser ensilado antes de ser conduzido à extração de N. O material orgânico ensilado de origem vegetal também pode ser fermentado antes da extração de N. Material orgânico a ser ensilado compreende, de preferência, culturas forrageiras anuais, como beterrabas, milho, capim trifólio, e em que opcionalmente o topo das plantas também é incluído. O cozimento a cal com pressão do material orgânico é realizado, de preferência, a uma temperatura de cerca de 100°C a cerca de 250°C, sob uma pressão de 2-20 bar, com adição suficiente de cal para se atingir um valor de pH de cerca de 9 a cerca de 12, e com um tempo de operação de pelo menos um (1) minuto até, de preferência, menos de 60 minutos. A quantidade de cal adicionada, incluindo CaO, é, de preferência, de cerca de 2 a cerca de 80 g por kg de matéria seca, como de cerca de 5 a cerca de 80 g por kg de matéria seca, como de cerca de 5 a cerca de 60 g por kg de matéria seca, como de cerca de 10 a cerca de 80 g por kg de matéria seca, como de cerca de 15 a cerca de 80 g por kg de matéria seca, como de cerca de 20 a cerca de 80 g por kg de matéria seca, como de cerca de 40 a cerca de 80 g por kg de matéria seca, como de cerca de 50 a cerca de 80 g por kg de matéria seca, como de cerca de 60 a cerca de 80 g por kg de matéria seca.

Um exemplo de condições de operação do cozimento a cal com pressão é uma temperatura no intervalo de cerca de 120°C a cerca de 220°C, uma pressão de cerca de 2 bar até cerca de 18 bar, e um tempo de operação de pelo menos 1 minuto até, de preferência, menos de 30 minutos.

Outro exemplo de condições de trabalho inclui uma temperatura no intervalo de cerca de 180°C a cerca de 200°C, em que a pressão é de cerca de 10 bar até, de preferência, menos de 16 bar, em que o nível de pH é de cerca de 10 a cerca de 12, e em que o tempo de operação é de cerca de 5 minutos até cerca de 10 minutos. O método acima pode ser de acordo com um número de etapas adicionais. Em uma concretização, proporciona-se as etapas adicionais de conduzir o material orgânico ao fermentador de biogás, fermentar o material orgânico processado e obter um biogás. Outra etapa refere-se a suplementar um ambiente externo, incluindo um campo agrícola, com o material orgânico processado. A suplementação do ambiente externo, incluindo um campo agrícola, também pode ser realizada utilizando-se o material residual resultante da fermentação do material orgânico processado.

Outra etapa adicional consiste em extrair nitrogênio (N), incluindo amônia, do referido material orgânico antes da condução a um fermentador de biogás do material orgânico. Isto resulta numa produção de biogás incrementada e estável. Isto também permite o uso de biomassas ricas em N a serem submetidas a extração e subseqüentemente digeridas nos fermentadores. Biogás é produzido da fermentação do material orgânico depletado de pelo menos parte do N, incluindo amônia. O nitrogênio (N) extraído, incluindo amônia, de preferência é absorvido numa coluna antes de ser armazenado opcionalmente em um tanque. Quando está sendo absorvido numa coluna, o nitrogênio (N) extraído, incluindo amônia, é preferivelmente absorvido numa coluna compreendendo água ou uma solução ácida, de preferência ácido sulfurico, antes de ser opcionalmente armazenado em um tanque.

Em uma concretização presentemente preferida proporciona-se um método que compreende as etapas de: i) eliminar, inativar e/ou reduzir no referido material orgânico o número de organismos microbianos viáveis e/ou príons de BSE submetendo-se o material orgânico a: a) uma etapa de cozimento a cal com pressão, e/ou b) uma etapa em que o material orgânico é aquecido a uma temperatura predeterminada e/ou submetido a uma pressão predeterminada e/ou submetido a uma base ou ácido, e/ou c) uma etapa resultando em hidrólise pelo menos parcial do material orgânico, em que as referidas etapas de processo a), b) e c) podem ocorrer simultaneamente, ou seqüencialmente, em qualquer ordem, ii) extrair N, incluindo amônia, do referido material orgânico processado, iii) desviar o material orgânico depletado de N para um fermentador de biogás, iv) fermentar o material orgânico depletado de N, e v) obter biogás e um material orgânico fermentado apresentando pelo menos um número reduzido de organismos microbianos viáveis e/ou príons de BSE. É particularmente preferido que essencialmente nenhum príon de BSE esteja presente no material orgânico resultante da fermentação. A etapa de extração de nitrogênio (N), incluindo amônia, é realizada, de preferência, adicionando-se inicialmente uma quantidade de cal ao material orgânico suficiente para incrementar o valor de pH acima de 9 a uma temperatura, de preferência, acima de 40°C, como um valor de pH de acima de 10 a uma temperatura, de preferência, acima de 40°C, por exemplo um valor de pH acima 11a uma temperatura, de preferência, acima de 40°C, como um valor de pH de cerca de 12 a uma temperatura, de preferência, acima de 40°C.

Em concretizações preferidas, a temperatura é, de preferência, acima de 50°C, como acima de 55°C, por exemplo acima de 60°C. O tempo de operação em uma concretização é de 2 a 15 dias, como de 4 a 10 dias, por exemplo de 6 a 8 dias. Um exemplo de um conjunto de parâmetros de processo é um nível de pH de 8-12, uma temperatura de 70°C-80°C, uma relação líquido-gás menor do que 1:400, e um tempo de operação de cerca de 7 dias. As condições alcalinas podem ser geradas adicionando-se qualquer base. Contudo, de preferência, o pH é aumentado adicionando-se CaO ou Ca(OH)2. O material orgânico pode compreender partes sólidas e/ou líquidas, como p. ex., estercos e caldas dos mesmos, resíduos de culturas, culturas de silagem, carcaças animais ou frações das mesmas, rejeito de matadouro, farinha de carne e de ossos, incluindo qualquer combinação dos mesmos. Em uma concretização, o material orgânico compreende um máximo de 50% de partes sólidas, por exemplo um máximo de 40% de partes sólidas; como um máximo de 30% de partes sólidas, por exemplo um máximo de 20% de partes sólidas. O material orgânico também pode encontrar-se em um estado líquido e compreende um máximo de 10% de partes sólidas. O material orgânico pode compreender adicionalmente palha, fibras ou pó de serra, e, em uma concretização, o material orgânico apresenta um alto teor de fibras, de preferência superior a 10% (peso/peso). O material orgânico também pode apresentar um alto teor de carboidratos complexos compreendendo celulose, e/ou hemiceluloses e/ou lignina, como, de preferência, superior a 10% (peso/peso). O cozimento a cal com pressão de material orgânico contendo celulose resulta numa desintegração de celulose em pequenos ácidos orgânicos, como ácido fórmico, ácido acético, ácido láctico, e análogos. O material orgânico também pode compreender rejeitos de camas de animais ou esterco de animais, especialmente de alojamentos de gado, porcos e aves. Adicionalmente, é possível utilizar material orgânico animal, como p. ex. carcaças de animais ou frações das mesmas, rejeito de matadouro, farinha de carne e de ossos, plasma sanguíneo, material perigoso e não-perigoso relativamente à presença potencial de príons de BSE ou outros príons.

Em uma concretização, o material orgânico compreende ou consiste essencialmente de partes sólidas com menos de 10 cm de comprimento, como partes sólidas com menos de 5 cm de comprimento, por exemplo partes sólidas com menos de 1 cm de comprimento. O material orgânico pode ser macerado, de preferência, antes de ser tratado no cozinhador a cal com pressão, de preferência utilizando-se um transportador de rosca equipado com um macerador, de preferência um que é confeccionado em aço à prova de ferrugem e à prova de ácidos. O transportador transporta o material orgânico para dentro do cozinhador a cal onde o material orgânico é, de preferência, aquecido por meio de injeção de vapor, ou com vapor em uma camisa em tomo do cozinhador a cal, ou qualquer combinação dos mesmos. O material orgânico também pode compreender proteínas ou moléculas orgânicas semelhantes que compreendem elementos, incluindo aminoácidos e combinações dos mesmos, constituindo os príons de BSE ou outros príons, e em que os referidos príons de BSE ou outros príons são eliminados ou destruídos diretamente ou tomados acessíveis para destruição por meio de cozimento a cal sob pressão e/ou subseqüente fermentação, incluindo fermentação anaeróbica. O material orgânico de origem animal apresenta, de preferência, uma alta quantidade de nitrogênio (N), de preferência mais de 10%. O material orgânico, em forma de uma calda líquida, pode ser obtido com a adição de água e/ou água contendo uma baixa concentração de material orgânico, de preferência menor do que 10% de partes sólidas. A água adicionada pode ser água reciclada, água contendo uma baixa concentração de material orgânico obtido da planta de silagem, e/ou água recolhida após limpeza de estábulos e/ou limpeza de animais, e/ou água obtida da fermentação antes do processo de extração de N, e/ou água obtida de uma ou mais plantas produtoras de biogás, e/ou água obtida durante concentração de fertilizantes de P, e/ou água obtida durante concentração de fertilizantes de K, e/ou água de chuva recolhida. É uma concretização particularmente preferida que a água seja água residual obtida de uma planta produtora de biogás, ou água residual obtida durante concentração de fertilizantes de P, ou água obtida durante concentração de fertilizantes de K, ou água de chuva recolhida.

Prefere-se que qualquer, ou a maior parte, da uréia e/ou ácido úrico presente no material orgânico seja convertido a amônia, sendo que a amônia é opcionalmente recolhida após absorção numa coluna como descrito alhures.

Etapas adicionais além do cozimento a cal com pressão consistem de fermentação mesofílica e/ou termofílica. Assim, o material orgânico que foi tratado no cozinhador a cal com pressão pode ser desviado subseqüentemente para uma planta visando fermentação mesofílica e/ou termofílica antes ou após o material orgânico ter sido submetido a extração de N.

Cada fermentação é realizada por meio de uma produção bacteriana capaz de fermentação mesofílica ou termofílica, respectivamente. Em uma concretização, a fermentação é uma fermentação anaeróbica. A fermentação é realizada a uma temperatura de cerca de 15°C até, de preferência, menos do que 65°C, como a uma temperatura de cerca de 25 °C até, de preferência, inferior a cerca de 55°C, por exemplo a uma temperatura de cerca de 35°C até, de preferência, inferior a cerca de 45 °C. A fermentação é realizada, de preferência, durante um período de cerca de 5 até, de preferência, inferior a 15 dias, como durante um período de cerca de 7 até, de preferência, inferior a 10 dias.

Em uma concretização proporciona-se um método em que a produção de biogás é realizada em uma ou mais plantas por um organismo microbiano, de preferência uma população de bactérias, e envolve uma fermentação anaeróbica do material orgânico. As bactérias produzem, de preferência, principalmente, metano e uma fração menor de dióxido de carbono quando se fermenta o material orgânico. A produção de biogás pode ser realizada em uma ou mais plantas, de preferência por meio de fermentação anaeróbica anaeróbica do material orgânico.

Em uma concretização, a produção de biogás é realizada em duas plantas por meio de fermentação anaeróbica do material orgânico, inicialmente por meio de fermentação com bactérias termofílicas em uma primeira planta, seguido de desvio do material orgânico fermentado termofilicamente para uma segunda planta, em que ocorre fermentação com bactérias mesofílicas.

As condições de reação termofílicas incluem, de preferência, uma temperatura de reação abrangendo de 45 °C a 75 °C, como uma temperatura de reação abrangendo de 55°C a 60°C.

As condições de reação mesofílica incluem, de preferência, uma temperatura de reação abrangendo de 20°C a 45°C, como uma temperatura de reação abrangendo de 30°C a 25 35°C. A reação termofílica, e também a reação mesofílica, é realizada, de preferência, durante cerca de 5 a 15 dias, como durante 7 a 10 dias.

Qualquer formação potencial de espuma pode ser reduzida e/ou eliminada com a adição de polímeros, e/ou óleos vegetais, e/ou um ou mais sais, de preferência óleo vegetal na forma de óleo de colza. Os sais compreendem ou consistem essencialmente, de preferência, de CaO e/ou Ca(OH)2.

Uma floculação desejável de substâncias e de partículas durante a produção de biogás é obtida, de preferência, com a adição de íons de cálcio capazes de formar pontes de cálcio entre substâncias orgânicas e inorgânicas em solução ou suspensão, sendo que as referidas pontes de cálcio resultam na formação de "flocos” de partículas. A adição de íons de cálcio resulta adicionalmente na precipitação de ortofosfatos, incluindo dissolvidos (P043 ), que é precipitado, de preferência, como fosfato de cálcio Ca3(P04)2, sendo que o fosfato de cálcio precipitado permanece, de preferência, suspenso numa calda. O biogás obtido pode ser conduzido para um motor movido a gás capaz de produzir calor e/ou eletricidade. O calor pode ser usado para aquecer o cozinhador a cal com pressão e/ou a planta de fermentação e/ou o reator extrator de N e/ou a uma ou mais planta(s) de biogás e/ou o alojamento(s) para animais e/ou uma residência humana e/ou aquecimento de água a ser usado em um lar ou residência humana. A eletricidade pode ser transmitida e vendida para uma rede comercial para distribuição de eletricidade. Em uma concretização preferida, o material orgânico esterilizado e fermentado, depletado de N, é espalhado sobre campos agrícolas.

Além de i) reduzir e/ou eliminar organismos microbianos indesejáveis, ii) aperfeiçoar a produção de biogás, e iii) proporcionar um material orgânico esterilizado e fermentado, depletado de N, particularmente utilizável, a invenção refere-se, em outro aspecto, a um método para produzir fertilizantes compreendendo N a partir de materiais orgânicos compreendendo uma fonte de N, sendo que a referida produção compreende as etapas de i) recolher N incluindo amônia extraídos do material orgânico em uma etapa de extração de N, ii) absorver o referido N incluindo amônia em água ou numa solução ácida compreendendo, de preferência, ácido sulfurico, e iii) obter fertilizante de N que pode ser espalhado sobre um campo agrícola.

Em outro aspecto a invenção proporciona um método para produzir fertilizantes compreendendo fósforo (P) a partir de materiais orgânicos compreendendo uma fonte de P, sendo que a referida produção compreende as etapas de i) conduzir calda de um fermentador de biogás até um separador, ii) separar o material orgânico fermentado e também o material inorgânico numa fração sólida e numa fração líquida, iii) obter uma fração principalmente sólida compreendendo uma parte do P, de preferência na forma de fosfato de cálcio Ca3(P04)2, e fosfatos orgânicos suspensos na calda, em que a fração sólida pode ser usada como um fertilizante que pode ser espalhado sobre campo agrícola, quando apropriado. O separador para separar o material orgânico fermentado e também o material inorgânico numa fração sólida e, principalmente, numa fração líquida é, de preferência, uma centrífuga de decantação. A fração principalmente sólida compreendendo P pode ser opcionalmente secada para produzir um granulado compreendendo P, p. ex. permitindo que a fração de P composte em um depósito sob uma cobertura ou lâmina permeável ao ar. A água residual obtida da produção de biogás e da separação de componentes sólidos pode, de preferência, ser reutilizada na fermentação de silagem e/ou no processo de cozinhamento com pressão e/ou no processo de extração de N e/ou na planta de biogás e/ou na limpeza do estábulo e/ou é espalhada sobre o campo e/ou é levada até uma planta de tratamento de esgoto convencional.

Assim, o método em outro aspecto proporciona a produção de água residual substancialmente limpa, sendo que a referida produção compreende as etapas de i) obter do separador, de preferência uma centrífuga de decantação, uma fração líquida compreendendo água residual apresentando apenas um teor muito limitado de N e P, de preferência menor que 5% (peso/volume), tal como menor que 1% (peso/volume), por exemplo menor que 0,1% (peso/volume), como menor que 0,01% (peso/volume), e essencialmente nenhuma fonte capaz de espalhar zoonoses, vírus veterinários, bactérias infecciosas, parasitas ou outros agentes infecciosos, incluindo príons de BSE e outros príons. Para algumas concretizações é aceitável que a água residual contenha menos de 10% do N e P originalmente obtidos na calda.

Em outro aspecto da presente invenção proporciona-se um método para produzir potássio (K) compreendendo fertilizantes de materiais orgânicos compreendendo uma fonte de K, sendo que a referida produção compreendendo i) conduzir a fração líquida da primeira etapa de separação (usada na separação de materiais orgânicos contendo P orgânicos como descrito aqui acima) para uma segunda etapa de separação, ii) separar a composição orgânica e inorgânica remanescente do líquido, iii) obter uma fração sólida compreendendo K, em que a referida fração sólida pode ser usada como um fertilizante de K que pode ser espalhado sobre campo agrícola quando apropriado. A segunda etapa de separação compreende, de preferência, submeter a fração compreendendo K através de um microfiltro cerâmico operando com uma aeração e filtração intermitente da água residual, sendo que, de preferência, a referida aeração proporciona decomposição do material orgânico remanescente e precipitação de flocos inorgânicos.

Em outro aspecto proporciona-se um método para produzir água residual limpa, sendo que a água residual obtida é tratada em um sistema de tratamento aeróbico capaz de eliminar e/ou reduzir o teor de N e P dentro da água e, de preferência, também decompor o material orgânico e componentes de odor remanescentes, obtendo-se água residual essencialmente livre de N e P, sendo que a referida água residual pode, de preferência, ser espalhada sobre campo agrícola quando apropriado, ou recirculada através de alojamentos para animais. A aeração indicada acima pode ser realizada com ar atmosférico durante 2-4 semanas a uma temperatura de cerca de 20°C e a uma relação líquido-gás de cerca de 1:2000. Qualquer N eliminado pode ser recolhido e conduzido à coluna de absorção descrita aqui alhures.

Por ser capaz de limpar alojamentos para animais com a água residual tratada desta maneira, a invenção também proporciona, em outro aspecto adicional, um método para aperfeiçoar a higiene em um alojamento para animais ou em um estábulo para animais, o referido aperfeiçoamento consiste de limpar o estábulo com a água residual obtida. A limpeza envolve limpeza e lavagem de, p. ex. chiqueiros, pisos, estrados, canais de esterco, tetos, canais de ventilação, lavagem de ar de exaustão, etc., e também envolve reduzir as superfícies emitente em que odor, amônia e pó podem ser liberados para o ambiente do local predeterminado, incluindo o estábulo. A limpeza dos estábulos é realizada, em uma concretização, com água residual obtida após fermentação de culturas energéticas ou obtida após a fermentação para produzir separação de sólidos e líquidos do biogás ou água residual obtida de um processo ulterior no sistema.

De acordo com este aspecto da invenção, também é possível aperfeiçoar bem-estar animal em um estábulo mediante o uso de palha no estábulo à medida que isso proporciona aos animais material para cavucação e ocupacional e forragem estrutural. Em um concretização, prefere-se conduzir a palha compreendendo material orgânico do estábulo ao cozinhador a cal com pressão, e hidrolisar o material orgânico antes de mais processamento. Outro objetivo global do aperfeiçoamento do bem-estar dos animais em um estábulo reside na possibilidade de se pulverizar os animais visando reduzir o número de organismos microbianos e também a poeira nos pêlos dos animais e, simultaneamente, reduzir a temperatura dos animais.

Desta maneira, proporciona-se um método que integra fermentação anaeróbica de estercos animais, culturas energéticas e substratos orgânicos semelhantes, e também o refino de nutrientes mantidos na biomassa digerida a fertilizantes de qualidade comercial, em combinação com a obtenção de água residual limpa. O método integrado descrito acima requer um sistema de componentes, ou uma seleção desses componentes, como descrito aqui alhures de maneira mais detalhada.

Em um aspecto, o sistema compreende: i) um primeiro dispositivo, de preferência alojamentos para animais ou estábulos para alojamentos e/ou criação de animais, de preferência animais de fazendas incluindo vacas, porcos, gado, cavais, cabras, ovelhas e/ou aves, e análogos, e/ou ii) um segundo dispositivo, de preferência pelo menos uma planta de pré-tratamento para pré-tratamento de material orgânico, sendo que o referido material orgânico compreende, de preferência, esterco animal e/ou calda animal e/ou partes de plantas, sendo que as referidas partes de plantas compreendem um ou mais dentre palha, culturas, resíduos de culturas, silagem, culturas energéticas, e opcionalmente carcaças de animais ou frações das mesmas, rejeito de matadouro, farinha de carne e de ossos, plasma sanguíneo ou qualquer produto desse tipo originário de animais, material perigoso e não-perigoso relativamente à presença potencial de príons de BSE ou outros príons, e/ou iii) um terceiro dispositivo, de preferência uma planta de energia que gera uma quantidade aperfeiçoada de energia de uma biomassa compreendendo material orgânico, sendo que o primeiro dispositivo compreende: a) um sistema para limpar um ou mais dentre pisos, estrados, chiqueiros, canais de esterco, canais de calda, animais, e canais de ventilação envolvendo o uso de água para limpeza e/ou b) um sistema para transportar a água de limpeza, opcionalmente na forma de uma calda compreendendo água para limpeza e material orgânico, desde o alojamento para animais ou estábulo até o segundo dispositivo, sendo que o segundo dispositivo compreende: a) um primeiro tanque de pré-tratamento, de preferência um tanque de extração para i) extração de N (nitrogênio), incluindo amônia, da calda desviada do primeiro dispositivo para o segundo dispositivo, ou ii) extração de N, incluindo amônia, de material orgânico desviado de um tanque de pré-tratamento adicional do segundo dispositivo, sendo que o primeiro tanque de pré-tratamento também pode ser usado opcionalmente para hidrolisar o material orgânico, e/ou b) um segundo tanque de pré-tratamento, de preferência um cozinhador a cal com pressão para hidrolisar calda compreendendo material orgânico desviado do primeiro dispositivo para o segundo dispositivo, sendo que a referida hidrólise resulta na eliminação, inativação e/ou redução em número quaisquer organismos microbianos viáveis e/ou substâncias patogênicas presentes na calda, ou uma parte da mesma, e/ou c) pelo menos um tanque, de preferência um tanque de silagem para gerar material vegetal ensilado compreendendo pelo menos um ou mais dentre milho/maiz, culturas energéticas, beterrabas, e resíduos de culturas, e/ou d) pelo menos um segundo tanque, de preferência um tanque de fermentação de pré-tratamento para fermentar silagem e/ou material cozinhado a cal com pressão, sendo que as condições de fermentação são selecionadas dentre condições de fermentação mesofílica e/ou condições de fermentação termofílica, sendo que o terceiro dispositivo compreende: a) pelo menos um fermentador de biogás para o qual a calda e/ou o material orgânico pode ser desviado desde um segundo dispositivo para fermentar o material orgânico em condições de fermentação mesofílica e/ou de fermentação termofílica, sendo que a referida fermentação resulta na produção de biogás compreendendo principalmente metano e/ou b) pelo menos um tanque para recolha de biogás, sendo que o tanque é opcionalmente conectado a uma saída para distribuição de biogás, ou conectado a um motor a gás, e/ou c) pelo menos um primeiro separador, de preferência uma centrífuga de decantação em que o material fermentado do pelo menos um fermentador de biogás é separados numa fração essencialmente líquida na forma de água residual, e numa fração essencialmente sólida, sendo que a fração sólida compreende material orgânico compreendendo fósforo (P) e material inorgânico, e/ou d) pelo menos um segundo separador, de preferência um microfíltro cerâmico em que a água residual do pelo menos um primeiro separador é ainda mais processada, de preferência por meio de aeração e filtração, sendo que o referido processamento resulta na remoção de pelo menos um e, de preferência, de uma maior parte de um ou mais componentes de odor, componentes de nitrogênio (N) e componentes de potássio (K), sendo que a referida separação resulta adicionalmente na geração de água residual compreendendo uma quantidade reduzida de qualquer um ou mais dentre componentes de odor, compostos de nitrogênio (N) e compostos de potássio (K) em comparação com a quantidade antes da separação. O sistema compreende, de preferência, linhas de dutos constituindo um sistema fechado que previne ou leva a uma redução de emissões de qualquer um dentre poeira, organismos microbianos, amônia, ar, líquido ou qualquer outro constituinte no sistema.

Frações líquidas ou água residual de um ou mais dentre pelo menos um tanque de silagem, o pelo menos um tanque de fermentação de pré-tratamento, o pelo menos um fermentador de biogás, o pelo menos um primeiro separador e o pelo menos um segundo separador é preferivelmente reutilizada para limpeza do alojamento para animais ou o estábulo.

As frações líquidas ou água residual de qualquer um ou mais dentre o pelo menos um tanque de silagem, o pelo menos um tanque de fermentação de pré-tratamento, o pelo menos um fermentador de biogás, o pelo menos um primeiro separador e o pelo menos um segundo separador é reutilizada em qualquer etapa do sistema de separação de calda e produção de biogás para manter o material orgânico em uma condição fluida apropriada. O sistema toma possível adicionar cal, incluindo CaO e/ou Ca(OH)2, ao material orgânico antes que o referido material orgânico entre no tanque de extração para extração de N incluindo amônia, de preferência através da adição de cal suficiente para gerar um valor de pH de cerca de 10 a cerca de 12, opcionalmente em combinação com uma etapa de aquecimento e uma aeração da calda incluindo o material orgânico. O material orgânico permanece, de preferência, no tanque de extração do sistema durante um período de 5 a 10 dias, como de 7 dias. A temperatura no interior do tanque de extração é, de preferência, entre 60°C e 80°C. Uma quantidade de cerca de 30 a 60 gramas de Ca(OH)2 por kg de matéria seca no material orgânico é adicionada, de preferência, ao material orgânico no tanque de extração ou antes que o referido material orgânico entre no tanque de extração. O sistema facilita o recolhimento de N extraído, incluindo amônia, do tanque de extração e condução do referido N extraído para uma coluna em que N, incluindo amônia, é absorvido em água ou numa solução ácida, de preferência compreendendo ácido sulfurico, e opcionalmente também armazenamento da amônia absorvida em um tanque. O N absorvido em água ou numa solução ácida desta maneira é usado, de preferência, como um fertilizante. O cozinhador a cal com pressão do sistema é, de preferência, um aparelho que é inicialmente capaz de cortar o material orgânico em segmentos e, subseqüentemente, capaz de desviar o material orgânico segmentado para uma câmara em que o referido material orgânico segmentado é aquecido e simultaneamente exposto a uma alta pressão devido à temperatura elevada. O material orgânico a ser tratado no cozinhador a cal com pressão recebe a adição de uma quantidade de cal, incluindo CaO e/ou Ca(OH)2, antes ou após entrada no cozinhador a cal com pressão.

De preferência, adiciona-se CaO ao cozinhador a cal com pressão numa quantidade de 5-10 g por kg de matéria seca no material orgânico. O sistema opera a uma temperatura entre 100°C e 220°C, como p. ex. 180°C a 200°C. A temperatura é ajustada de acordo com o material orgânico a ser tratado, selecionando-se uma temperatura mais elevada quanto maior o teor de celulose, hemicelulose e lignina que se encontra no material orgânico, ou selecionando-se uma temperatura mais elevada de acordo com o risco de compostos patogênicos ou organismos microbianos infecciosos incluindo príons de BSE no material orgânico. A pressão é, de preferência, entre de 2 a de preferência menos que 16 bar, como de 4 a, de preferência, menos que 16 bar, por exemplo de 6 a, de preferência, menos que 16 bar, como de 10 a, de preferência, menos que 16 bar. O sistema opera à temperatura elevada durante cerca de 5 a 10 minutos, porém também é possível utilizar tempos de tratamento mais longos. N, incluindo amônia, extraídos no cozinhador a cal com pressão, de preferência, é recolhido e conduzido para uma coluna e absorvido como descrito aqui alhures. O sistema em uma concretização facilita o desvio da silagem, p. ex. milho, culturas energéticas, beterrabas, e/ou resíduos de culturas, para um tanque de fermentação mesofílica ou termofílica, antes que o material seja ainda mais conduzido ao tanque de extração. O sistema também pode facilitar a condução do material orgânico do cozinhador a cal com pressão para um tanque de fermentação mesofílica ou termofílica, antes que o material seja desviado para o tanque de extração. O sistema também facilita a otimização da fermentação do material orgânico e a produção de biogás ao proporcionar uma planta de pré-tratamento compreendendo instalações para extrair N, incluindo amônia, e/ou realizar hidrólise alcalina sob determinados parâmetros de processo predeterminados, incluindo nível de pH, temperatura, aeração, duração, inibição de espuma e floculação de material suspenso. O sistema em outra concretização assegura condições otimizadas para a população de organismos microbianos contidos nos fermentadores produtores de biogás. Isto é alcançado, p. ex., desviando-se calda esterilizada ou sanitizada do tanque de extração para pelo menos um primeiro fermentador de biogás, sendo que a referida calda esterilizada ou sanitizada não inibe ou prejudica a população de organismos microbianos no fermentador. Em particular, material orgânico do qual se extraiu N, incluindo amônia, pode ser desviado para um reator de biogás em que as condições de fermentação suportam uma fermentação mesofílica. Uma vez o material orgânico tendo sido submetido a uma fermentação mesofílica, o material orgânico é desviado, de preferência, para outro reator de biogás do sistema, em que as condições de fermentação são capazes de suportar uma fermentação termofílica.

As condições de reação termofílica incluem uma temperatura de reação abrangendo de cerca de 45 °C a 75°C, como uma temperatura de reação abrangendo de cerca de 55°C a 60°C. As condições de reação o mesofilica incluem uma temperatura de reação abrangendo de cerca de 20 C a 45°C, incluindo uma temperatura de reação abrangendo de cerca de 30°C a 35°C. O sistema permite que tanto a reação termofílica e a reação mesofílica ocorram durante cerca de, ou durante pelo menos 5-15 dias, como durante, ou pelo menos, 7-10 dias, de preferência pelo menos 7 dias. O sistema compreende dispositivos capazes de prevenir formação de espuma, sendo que os referidos dispositivos são capazes de adicionar, p. ex., polímeros, e/ou óleos vegetais, incluindo óleo de colza, e/ou sais diferentes, incluindo sais compreendendo CaO e/ou Ca(OH)2. O sistema toma possível reutilizar pelo menos parte do material orgânico fermentado dos reatores de biogás naquele mesmo reator, sendo que o referido material orgânico funciona como um inóculo da população de organismos microbianos que realizam a fermentação. O sistema toma possível, em uma concretização, desviar a calda, incluindo um líquido compreendendo partes sólidas, para um primeiro separador de modo a separar os materiais sólidos incluindo uma fração limitada do líquido da parte principal da fração líquida. A fração principalmente sólida compreende material orgânico e inorgânico incluindo P (fósforo) e compostos do mesmo. A referida fração principalmente sólida pode ser ainda mais secada e compreende um fertilizante. O primeiro separador do sistema é, de preferência, uma centrífuga de decantação. O sistema também permite que água residual do primeiro separador seja tratada em um segundo separador, sendo que o referido separador compreende um microfiltros [sic] de cerâmica em que a água residual do primeiro separador é ainda mais processada por meio de aeração e filtração, opcionalmente removendo-se quaisquer componentes de odor residuais, quaisquer compostos de nitrogênio residual, e/ou quaisquer componentes contendo K (potássio), deixando uma água residual essencialmente limpa compreendendo essencialmente nenhum dos referidos componentes residuais. O sistema também toma possível desviar a água residual do reator de biogás termofílico ou do primeiro e/ou segundo separador para um campo agrícola, para uma planta de tratamento de esgoto, ou para uma planta de purificação, ou para uma planta de tratamento biológico para maior purificação, se necessário. O sistema ou os métodos da presente invenção podem ser usados para: Eliminar ou diminuir a emissão, para o ambiente, de poeira, organismos microbianos, amônia, ar contaminado, líquido ou qualquer constituição no sistema, especialmente de alojamentos para animais.

Aperfeiçoar a utilização da energia contida em uma biomassa incluindo material orgânico.

Aperfeiçoar a produção de biogás compreendendo gás metano e gás portando metano. O referido gás pode ser armazenado em um tanque localmente e/ou pode ser desviado para uma rede comercial de distribuição de gás.

Obter frações separadas de N (nitrogênio), P (fósforo) e potencialmente K (potássio) dos materiais orgânicos. As referidas frações são de valor comercial e podem ser utilizadas como fertilizantes para fertilizar culturas agrícolas e hortícolas.

Obter um bem-estar aperfeiçoado e higiene aperfeiçoada para os animais em estábulos animais de acordo com a saída dos referidos estábulos de animais. A referida saída compreendendo esterco, calda e animais a serem mortos. [Com] os animais limpos reduz-se o risco de infecção da carne quando os animais são mortos.

Obter um processo para tomar carcaças animais ou frações das mesmas, farinha de carne e de ossos ou qualquer outro produto de animais, disponíveis para serem eliminados sobre campo agrícola na forma de fertilizantes refinados e, assim, beneficiar-se de micro- e macro-nutrientes existentes no produto animal na produção de plantas agrícolas e hortícolas.

Claims (10)

1 - Método Para Produzir Biogás e Reduzir o Número de Organismos Microbianos e / ou Príons Viáveis Presentes em Material Orgânico, caracterizado por que o método compreende as etapas de i) proporcionar um material orgânico que compreende partes sólidas e / ou líquidas, em que o material orgânico tem um teor de matéria seca de 10% a 30% do peso total da biomassa orgânica ii) submeter o referido material orgânico às etapas de processamento de a) cozer sob pressão e em cal a uma temperatura entre 100°C e 220°C resultando na hidrólise do material orgânico, em que a cal é Ca(OH)2 e / ou CaO e b) remover a amônia a partir do referido material orgânico cozido a pressão e em cal, em que a cal adicionada em conexão com a remoção de amônia precipita o ortofosfato dissolvido e iii) obter um material orgânico processado compreendendo um número reduzido de organismos microbianos e / ou príons viáveis, iv) desviar o material orgânico processado para um fermentador de biogás, v) fermentar o material orgânico processado e vi) produzir um biogás.

2 - Método Para Produzir Biogás e Reduzir o Número de Organismos Microbianos e / ou Príons Viáveis Presentes em Material Orgânico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o referido material orgânico que compreende partes sólidas e / ou líquidas é seleccionado a partir de estrumes e suspensões dos mesmos, resíduos agrícolas, culturas de ensilagem. carcaças de animais ou frações destas, resíduos de matadouros, carne e carne de ossos, incluindo qualquer combinação dos mesmos.

3 - Método Para Produzir Biogás e Reduzir o Número de Organismos Microbianos e / ou Príons Viáveis Presentes em Material Orgânico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que a produção de biogás é ainda melhorada pela cozedura sob pressão em cal do referido material orgânico antes que o material orgânico seja submetido a uma etapa de separação de amônia num tanque de separação.

4 - Método Para Produzir Biogás e Reduzir o Número de Organismos Microbianos e / ou Príons Viáveis Presentes em Material Orgânico, de acordo com a Reivindicação 3, caracterizado por que o material orgânico cozido sob pressão em cal é fermentado antes de ser submetido a uma etapa de separação de amônia.

5 - Método Para Produzir Biogás e Reduzir o Número de Organismos Microbianos e / ou Príons Viáveis Presentes em Material Orgânico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que a amônia separaa é absorvida por uma coluna, antes de ser armazenada num tanque.

6 - Método Para Produzir Biogás e Reduzir o Número de Organismos Microbianos e / ou Príons Viáveis Presentes em Material Orgânico, de acordo com a Reivindicação 5, caracterizado por que a amônia separaa por cozimento sob pressão em cal também é absorvida na referida coluna, antes de ser armazenada num tanque.

7 - Método Para Produzir Biogás e Reduzir o Número de Organismos Microbianos e / ou Príons Viáveis Presentes em Material Orgânico, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que a etapa de cozimento do material orgânico sob pressão em cal no tanque de cozimento sob pressão em cal é realizado a uma temperatura de 120°C a 220°C, sob uma pressão de 2 a 20 bar, com adição de cal suficiente para atingir um valor de pH de 9 a 12 pH e com um tempo de operação da etapa de cozimento sob pressão em cal de, pelo menos, 1 minuto, a preferencialmente menos do que 60 minutos.

8 - Método Para Produzir Biogás e Reduzir o Número de Organismos Microbianos e / ou Príons Viáveis Presentes em Material Orgânico, de acordo com a Reivindicação 7, caracterizado por que o material orgânico é macerado antes de ser feito reagir no tanque de cozimento sob pressão em cal.

9 - Método Para Produzir Biogás e Reduzir o Número de Organismos Microbianos e / ou Príons Viáveis Presentes em Material Orgânico, de acordo com a Reivindicação 7, caracterizado por que compreende ainda a etapa de desviar o material orgânico tratado no tanque de cozimento sob pressão em cal para um fermentador para fermentação mesófila e / ou termófila antes que o material orgânico seja submetido à separação de amônia.

10 - Método Para Produzir Biogás e Reduzir o Número de Organismos Microbianos e / ou Príons Viáveis Presentes em Material Orgânico, de acordo com a Reivindicação 9, caracterizado por que a fermentação é uma fermentação anaeróbica.