BRPI0819689B1 - processo para o tratamento de uma mistura de refugos orgânicos líquidos e sólidos, e, dispositivo para o tratamento de refugos orgânicos - Google Patents

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“PROCESSO PARA O TRATAMENTO DE UMA MISTURA DE REFUGOS ORGÂNICOS LÍQUIDOS E SÓLIDOS, E, DISPOSITIVO PARA O TRATAMENTO DE REFUGOS ORGÂNICOS” A presente invenção se refere ao tratamento de refugo orgânico líquido e sólido, compreendendo um primeiro estágio de tratamento da fração de conteúdo líquido do refugo por metanização, um segundo estágio de tratamento em uma fase aeróbica termofílica ou mesofílica da fração de conteúdo semi-sólido do refugo, e um terceiro estágio em que as referidas porções de conteúdo líquido e sólido tratadas são misturadas a fim de formar um substrato, que é tratado ainda por um tratamento da fase aeróbica mesofílica ou termofílica, resultando em um composto.

Com o aumento da população, o descarte de refugo orgânico se tomou a causa principal das preocupações das autoridades públicas. De fato, é bem conhecido que se refugos orgânicos não são descartados apropriadamente, simplesmente os mandando para aterros, isto pode levar a uma poluição séria da água da superfície e lençol freático, e aumenta o risco de agentes infecciosos. A produção de refugos aumenta em paralelo com o desenvolvimento do padrão de vida. As consequências deste desenvolvimento são: - um aumento nos custos de tratamento e de descarte de refugos a fim de proteger o meio ambiente; - uma consciência da limitação das materiais primas e fontes de energia disponíveis para realizar os tratamentos;

Políticas para separar o refugo na fonte têm sido defendidas, com o objetivo de remover uma quantidade máxima de componentes usáveis do refugo a fim de reduzir o depósito de lixo problemático em aterros ou incineração indesejável.

Entretanto, com relação ao tratamento de refugo orgânico, a separação é difícil à medida que ambos, as fontes e tipos de refugos são múltiplos: água de refugo, refugo doméstico, refugo industrial de agro-alimentares, refugo verde que se origina da manutenção de espaços abertos, água de escoamento, etc.

Geralmente, refugos orgânicos são coletados separadamente, mais frequentemente através do sistema de esgoto, e o problema aumenta principalmente em termos de volume e heterogeneidade dos substratos exigindo tratamento.

Um método conhecido para “valorizar” ou extrair um valor econômico dos refugos orgânicos é o seu tratamento por metanização, o qual envolve tratar os refugos por fermentação anaeróbica a fim de obter biogás, isto é, uma mistura de combustível composta de metano e dióxido de carbono. A fermentação anaeróbica é um dos processos naturais que contribuem para a degradação da matéria orgânica morta para gás comum e elementos minerais. Ela é o resultado de uma atividade microbiana complexa que acontece essencialmente em dois estágios: - hidrólise, através da qual as macromoléculas são decompostas em produtos mais simples; isto é uma liquefação ou gaseificação com conversão das moléculas para ácidos graxos, sais ou também gases. - conversão de seus ácidos, sais ou gases para metano e outros gases. A bactéria metanogênica, agrupada sob os gêneros Methanobacterium, Methanobacillus, Methanococcus, e Methanosarcina, forma a parte principal dos microorganismos envolvidos nestes tipos de fermentação.

Elas são caracterizadas por um crescimento lento e vivem sob anaerobiose rigorosa. Por esse motivo as condições que são indispensáveis para a síntese do metano em fermentadores apropriados chamados digestores são como se segue: - um meio anaeróbico, já que somente a decomposição na ausência de ar leva a formação de metano. - uma temperatura que permita atividade microbiana entre 10 e 65°C, à medida que as enzimas da bactéria metanogênica são destruídas além desta temperatura. Mais frequentemente, a metanização acontece em uma temperatura compreendida entre 20 e 40°C.

Estas condições limitam os volumes que podem ser tratados à medida que além do acondicionamento, existe um tempo exigido para a decomposição do refugo, que é de aproximadamente de uns poucos dias a várias semanas, de acordo com o volume e qualidade do substrato.

Atualmente, dois tipos de instalação para o tratamento contínuo do refugo por metanização podem ser distintos. O primeiro tipo de instalação é mais particularmente apropriado para refugos sólidos e é encontrada em locais de aterros técnicos (TLS).

Locais de aterros técnicos são locais de vários hectares onde os refugos são apropriadamente armazenados. Eles são dispostos em uma estrutura hidrogeológica favorável onde é possível escavar células de 10.000 a 1.000.000 m onde o refugo orgânico é disposto e coberto com terra. Um dispositivo de ventilação planejado para recuperar o biogás é instalado e o gás do aterro é extraído por meio de compartimentos descendo a 20 ou 30 metros de profundidade nas camadas múltiplas de refugo.

Este tipo de instalação exige um investimento substancial em engenharia, que é justificado pela necessidade de extrair os gases do subsolo dos locais de aterro, que são gases de efeito estufa, apresentando riscos de explosão ou contaminação do solo. Estes investimentos excedem grandemente o rendimento da venda de biogás para a indústria ou mesmo para os consumidores.

Um segundo tipo de instalação que é mais difundido, geralmente forma uma parte integral de unidades convencionais de tratamento de água em grande escala (CWT) que tratam a água de refugo produzida por centenas de milhões de habitantes. Aqui os tratamentos são realizados continuamente. Em primeiro lugar, o pré-tratamento das águas de refugo é realizado, permitindo a remoção de gordura e da matéria em suspensão, depois as lamas obtidas são tratadas por aerobiose a fim de ativar os microorganismos contidos nas mesmas. Os refugos em forma de lamas são em seguida introduzidos dentro de um digestor vedado equipado com um suporte de gás do tipo sino que toma possível aprisionar o biogás sob pressão enquanto a matéria orgânica é decomposta pelos microorganismos metanogênicos.

Por razões de produtividade deste sistema, a decomposição da matéria orgânica não pode ser completada no digestor. A produção de resíduos dos digestores está por esse motivo na forma de lamas depletadas nas quais a carga de matéria orgânica permanece muito alta para que ela seja descarregada nos rios, espalhada nos campos, ou despejada.

Desse modo, no término do tratamento de metanização, estes resíduos devem ser especificamente tratados ou eliminados.

Será mostrado que ambos os tipos de instalações para o tratamento contínuo por metanização dos refugos orgânicos mencionados acima, estão presentes em instalações de grande escala, e por enquanto não constituem unidades de tratamento autônomo. Existem unidades de metanização em uma escala menor, por exemplo, para a produção de biogás a partir de dejetos suínos, mas estas não operam continuamente.

Seja qual for o tipo de instalação, deve ser enfatizado que o biogás produzido por metanização é saturado com água e que ele compreende outros gases fora metano, que são potencialmente perigosos. O biogás deve por motivo ser submetido a etapas de tratamento ou enriquecimento para permitir que ele seja vendido, o que atualmente toma a sua produção não econômica.

Além disso, é conhecido um processo de fermentação aeróbica de refugo orgânico, descrito na patente US 5.810.903, que usa microorganismos mesofílicos ou termofílicos. Este processo de fermentação opera em temperaturas elevadas compreendidas entre 50 e 80 graus, na presença de uma oxigenação ativa. Os microorganismos que proliferam nesta temperatura permitem uma degradação rápida da matéria orgânica e por esse motivo uma mineralização efetiva do refugo orgânico em períodos curtos de tempo da ordem de 24 a 48 horas.

Os microorganismos mesofílicos e termofílicos têm também a vantagem de ser menos sensíveis as variações de pH que podem aumentar durante a degradação da matéria orgânica, que ocorre em particular quando os refugos tem origens diferentes.

Estes microorganismos pré-existem geralmente dentro dos vários substratos a serem tratados. O seu crescimento é encorajado pelo fato de que os tanques de fermentação são mantidos em uma temperatura elevada, usando uma fonte de calor externa.

Quando estes microorganismos são desenvolvidos dentro do substrato formado pelos refugos, a temperatura dentro dos tanques é mantida em parte pelos próprios microorganismos, já que a maior parte deles tem um metabolismo exotérmico.

Sob estas condições de temperatura elevada, a maior parte das substâncias ativas que podem causar uma inconveniência na segurança da reciclagem dos refugos orgânicos, tais como remédios - incluindo antibióticos -, hormônios sintéticos, pesticidas, detergentes e toxinas, são na maior parte digeridas ou destruídas. Uma esterilização dos refugos pode acontecer também durante a mineralização se for permitido mais um aumento de temperatura. Um produto final é obtido em seguida na forma de um composto toxicologicamente e microbiologicamente seguro. Com composto, quer dizer um produto sólido com um conteúdo de matéria seca geralmente maior do que 50% em peso, preferivelmente maior do que 70%, a composição do qual é estabilizada durante uma semana ou mais. O produto final pode ser usado na agricultura, por exemplo, como um composto fertilizante no crescimento da safra.

Este processo de fermentação termofílica é particularmente vantajoso porque ele permite que volumes grandes de refugos orgânicos sejam convertidos rapidamente, de modo que eles podem ser convertidos em um produto orgânico utilizável e não poluente.

Entretanto a sua implementação tem determinadas desvantagens.

Em primeiro lugar, ela exige uma entrada considerável de energia externa, devido à necessidade de colocar um volume grande de refugo até uma temperatura em tomo de 50°C. Este constrangimento exige instalações de aquecimento que não estão presentes nos sistemas de tratamento aeróbico convencional que operam em temperatura ambiente. Além da energia exigida para a sua operação, estas instalações impõem um custo extra que é considerado excessivo em relação ao ganho com a produtividade.

Em segundo lugar, a ativação da fermentação exige um fornecimento ativo de ar tendo um teor de oxigênio suficiente, que é geralmente bombeado na base dos tanques de fermentação. Finalmente, estes são volumes consideráveis de ar que tem que entrar em contato com os microorganismos e que são em seguida dispersos no ar atmosférico. Este ar, que pode ser classificado como contaminado, compreende eflúvio com mau cheiro que representa um aborrecimento genuíno para os habitantes que moram perto deste tipo de instalação.

Em terceiro lugar, os refugos tratados na saída dos tanques devem ser preferivelmente desidratados para permitir que eles sejam transportados em condições corretas, o que, de novo, aumenta o consumo de energia do sistema.

Seria por esse motivo necessário melhorar os dispositivos de tratamentos existentes usando microorganismos termofílicos, a fim de em particular os tomar mais atrativos em termos de custo e localização.

Teoricamente, as autoridades públicas gostariam de ter disponíveis mais unidades compactas de tratamento de refugo que poderíam estar localizadas no subsolo, mesmo nos porões dos edifícios e que sendo mais numerosas, poderíam estar mais bem distribuídas pelo país do que unidades de grande escala tais como aquelas que nós conhecemos hoje. O propósito do dispositivo de acordo com a invenção é preencher um número determinado destas exigências, enquanto mitigando ou eliminando as desvantagens mencionadas acima.

De acordo com a invenção, uma unidade de tratamento de refugo usando metanização por anaerobiose pode ser acoplada com uma unidade de tratamento termofílico ou mesofílico.

Por meio deste acoplamento, as dimensões do volume da unidade de tratamento de metanização são projetadas de modo que uma quantidade suficiente de energia na forma de biogás é fornecida para a exigência de aquecimento das paredes dos tanques de tratamentos na fase de aerobiose mesofílica ou termofílica.

De acordo com uma forma de realização em particular, o ar poluído que proveu a oxigenação do tratamento da fase de anaerobiose é usado para fornecer oxigênio para o dispositivo de combustão de biogás. Deste modo, o processo de acordo com a invenção toma possível evitar a geração de resíduos e odores que exigem um reprocessamento custoso e necessitam de transporte para unidades externas de tratamento.

Desse modo, uma unidade de tratamento para realizar o processo de acordo com a invenção pode ser auto-suficiente em energia, eficiente em relação ao volume de refugo a ser tratado, e compacto devido à proximidade das diferentes fontes usadas dentro do mesmo dispositivo.

Estes e outros objetivos e vantagens da invenção serão aparentes a partir da descrição das formas de realização da invenção que é dada a seguir por meio de exemplo em conjunção com os desenhos que acompanham. A Figura 1 apresenta uma ilustração diagramática da unidade de tratamento modular auto-suficiente, da qual o método de operação é descrito no exemplo. As setas mostram os vários fluxos de materiais que podem ocorrer entre as diferentes fontes usadas para tratar os refugos. Estes fluxos são projetados para reduzir o tanto quanto possível os resíduos que devem ser tratados do lado externo do dispositivo. Esta unidade corresponde a uma forma desenvolvida de dispositivo de acordo com a invenção planejado para a auto-suficiência do sistema no que diz respeito à energia, e a geração de um produto final na forma de composto.

Desse modo, de acordo com um aspecto da presente invenção é provido um processo para o tratamento de refugos orgânicos caracterizado pelo fato de que ele compreende um primeiro estágio de tratamento do refugo por metanização e um segundo estágio de tratamento do refugo em uma fase aeróbica mesofílica ou termofílica.

Neste processo, o estágio de tratamento por metanização toma possível produzir biogás, a energia do qual é usada para produzir o aquecimento necessário para o tratamento dos refugos na fase aeróbica mesofílica ou termofílica.

Com o termo “tratamento da fase aeróbia mesofílica ou termofílica” quer dizer um processo de tratamento biológico de refugos orgânicos operado por micro-organismos mesofílicos ou termofílicos em um recinto onde o nível de oxigênio é perto daquele encontrado em ar atmosférico, isto é, entre cerca de 15% e cerca de 25%. Os microorganismos mesofílicos se desenvolvem em uma temperatura compreendida entre cerca de 20° e cerca de 50°C, e os microorganismos termofílicos entre cerca de 50° e cerca de 80°C. Preferivelmente, estes microorganismos estão presentes no refugo orgânico antes que eles sejam tratados e são promovidos pelo aumento da temperatura dentro dos diferentes substratos tratados, mas eles podem ser adicionados também na forma de esporos ou culturas concentradas durante o tratamento para ativar o processo.

Com “substrato” quer dizer uma mistura de materiais bióticos e abióticos, que resulta da degradação parcial ou total do refugo orgânico pelos microorganismos. O tratamento por metanização é executado de acordo com a prática normal no diz respeito à fermentação por anaerobiose de refugo orgânico usando bactéria metanogênica. O refugo usado pode ser submetido a uma seleção rigorosa a partir da mistura de refugos a ser tratada, seguindo o critério conhecido para uma pessoa versada na técnica, a fim de obter uma metanização mais efetiva. A este respeito, o refugo gerado pela indústria de agro-alimentares, tais como soro de leite, mosto de destilarias, efluentes de abatedouros, que tem um teor elevado de carbono, são preferidos para a implementação deste estágio de metanização. O processo de acordo com a invenção encerra o tanto quanto possível, o tratamento por metanização de somente uma fração da totalidade do refugo passando pelo tratamento da fase aeróbica mesofílica ou termofílica.

Geralmente, o tratamento na fase aeróbica termofílica compreende um primeiro estágio durante o qual os diferentes tipos de refugo (líquidos e sólidos) são homogeneizados a fim de obter um substrato em que o teor de matéria seca está compreendido entre cerca de 20 e cerca de 50%, preferivelmente entre cerca de 35 e cerca de 45%. Depois de um estágio opcional de separação auxiliado por um equipamento de manipulação mecânica, os refugos sólidos são comprimidos e misturados com a quantidade de água necessária. A água adicionada pode ser vantajosamente água de refugo e mais vantajosamente pode ser a água residual resultante do estágio de tratamento por metanização.

Em um segundo estágio, o substrato é colocado em uma temperatura que permite o desenvolvimento de microorganismos mesofílicos ou termofilicos. Geralmente, o aquecimento do substrato é realizado em um primeiro tanque por convecção, aquecendo as paredes do tanque. Com relação a isso, este primeiro tanque preferivelmente tem uma parede com cavidade ou uma parede dupla, dentro da qual o vapor ou água quente circula. Preferivelmente, o vapor é aquecido por meio de um refervedor abastecido pelo biogás obtido no tratamento de metanização.

Durante um terceiro estágio, o substrato é enviado para um segundo tanque onde a atividade dos microorganismos é mantida por um fornecimento de oxigênio permanente. Este oxigênio pode ser, por exemplo, bombeado da base do tanque para a superfície. O metabolismo dos microorganismos geralmente permite que a temperatura do tanque seja mantida entre cerca de 20° e cerca de 100°C, preferivelmente entre cerca de 40° e cerca de 80°C, e mais preferencialmente entre cerca de 50° e cerca de 70°C. Nesta temperatura, a maior parte dos compostos químicos, toxinas, medicamentos ou outras substâncias ativas são destruídos.

Um quarto estágio toma possível transportar o substrato para dentro de um ou mais tanques onde ele se resina e através do qual a água é evaporada a fim de obter um substrato final em uma forma semi-sólida.

De acordo com um aspecto da presente invenção, o refugo orgânico sólido e líquido pode ser tratado junto no mesmo dispositivo e os estágios seguintes são executados: - moer os refugos sólidos e líquidos; - recuperar uma fração de conteúdo líquido superior do refugo, o teor de matéria seca da referida fração de conteúdo líquido superior do refugo sendo entre cerca de 5 a cerca de 20%, preferivelmente entre cerca de 5 a cerca de 10%. - outra fração do refugo sendo uma fração de conteúdo líquido inferior tendo um teor de matéria seca maior do que 10%, preferivelmente maior do que 20%, é transferida para uma unidade de tratamento por aerobiose termofílica ou mesofílica; - tratar a fração de conteúdo líquido superior por metanização, para produzir gás e usar o gás para produzir o calor exigido para o tratamento do refugo na unidade de tratamento mesofílico ou termofílico da fase aeróbica; - em seguida incorporar a fração de conteúdo líquido superior metanizada com a fração de conteúdo líquido inferior tratada por aerobiose termofílica ou mesofílica a fim de obter um substrato tendo um teor de matéria seca compreendido entre cerca de 10 e cerca de 50%, preferivelmente entre cerca de 20 a cerca de 40%. - tratar o substrato resultante por anaerobiose mesofílica ou termofílica; e - recuperar o referido substrato tratado na forma de composto.

No final da fase do tratamento por aerobiose mesofílica ou termofílica, o processo pode compreender um estágio final de secagem ou esterilização do substrato tratado resultante. O substrato pode, por exemplo, ser passado rapidamente por um forno, que pode ser abastecido também com a energia do biogás produzido pela metanização. O substrato é em seguida tomado inativo e um composto é obtido, que pode ser vendido como fertilizante orgânico.

De acordo com a invenção, a água residual que se origina da metanização é usada para diluir os refugos orgânicos tratados durante a fase de tratamento termofílico ou mesofílico.

Da mesma forma, os resíduos que se originam do primeiro estágio de tratamento por metanização podem ser incorporados integralmente dentro dos refugos presentes na fase de tratamento aeróbico termofílico.

Os resíduos tratados por metanização e em seguida por aerobiose termofílica compreendem vantajosamente um teor de matéria seca compreendido entre cerda de 20%, preferivelmente entre 10 e 15%. Devido ao fato da sua natureza ser muito líquida, os resíduos destes refugos no final do tratamento por metanização podem ser facilmente incorporados dentro do substrato tratado na fase de aerobiose termofílica. O biogás produzido durante o estágio de tratamento por metanização é uma mistura de gases constituída de pelo menos 50% de metano, o restante sendo essencialmente CO2 e vapor de água. Nas instalações da técnica antecedente planejadas para produzir metano em grande quantidade, o fato de que o biogás não é constituído de metano puro e que é saturado com água, representa um obstáculo para sua valorização. Dentro da estrutura da presente invenção, o biogás é planejado para ser queimado no local, em particular para produzir vapor, ele não é por esse motivo um problema se o biogás é saturado com água e se ele é impuro. O vapor é usado para aquecer os tanques durante a fase de tratamento por aerobiose mesofílica ou termofílica ou para produzir eletricidade. A eletricidade produzida pode ser necessário que seja usada também para aquecer os referidos tanques através de um trocador de calor.

De acordo com um aspecto preferido da invenção, a produção de eletricidade toma possível prover a demanda de energia do dispositivo de acordo com a invenção para a implementação do processo de acordo com a invenção.

Desse modo, de acordo com a invenção, a energia do biogás é recuperada pela combustão do referido gás. Esta combustão toma possível aquecer as paredes dos tanques contendo os refugos durante a fase tratamento aeróbico mesofílico ou termofílico colocando estas paredes em contato com água quente ou vapor, a fim de promover o desenvolvimento de uma flora de microorganismos termofílicos ou mesofílicos nos refugos.

De acordo com um aspecto em particular da invenção, o ar que se origina da fase de tratamento mesofílico ou termofílico, que é carregado com eflúvio devido à difusão através do substrato tratado, é tratado do com calor durante a combustão do biogás que se origina do primeiro estágio de tratamento por metanização. Em outras palavras, o ar carregado com oxigênio que é bombeado para dentro dos tanques de tratamento por aerobiose a fim de ativar o aumento dos microorganismos mesofílicos ou termofílicos pode ser usado de acordo com a invenção como comburente para a combustão do biogás. A reação de combustão toma possível destruir os compostos que formam eflúvio com cheiro fétido contidos no ar. É desse modo, possível limpar o ar quando saindo do dispositivo. Esta provisão opcional do processo toma possível reduzir a poluição olfatória associada com o tratamento na fase aeróbica mesofílica ou termofílica.

De acordo com a invenção, os estágios de tratamento por metanização e tratamento na fase aeróbica termofílica ou mesofílica preferivelmente acontece de uma maneira contínua e/ou simultânea. O tratamento é chamado contínuo quando ele permite um fornecimento regular de refugo novo a ser tratado. Isto não implica necessariamente em uma entrada contínua de refugo dentro de meio de tratamento que compreende o dispositivo. As fases de tratamento por metanização e aerobiose são chamadas simultâneas se elas podem ser operadas ao mesmo tempo, independentemente uma da outra, no mesmo dispositivo.

Um objetivo da invenção é também um dispositivo que permita que o processo previamente descrito seja implementado. A invenção se refere em particular a um dispositivo para o tratamento de refugos orgânicos caracterizado pelo fato de que ele compreende pelo menos um primeiro meio de tratamento por metanização dos refugos e pelo menos um segundo meio de tratamento destes mesmos refugos por uma fase aeróbica mesofílica ou termofílica.

De acordo com outro aspecto da invenção, é provida uma instalação para o tratamento do refugo sólido e líquido juntos que pode ser provida com: - uma admissão para o refugo na forma sólida e líquida; - um aparelho de moagem para moer o refugo; - um separador para separar as fases líquidas e sólidas do refugo; - uma unidade de metanização para tratar uma fase de conteúdo líquido superior do refugo; - um conduto ou transportador para transferir a fase de conteúdo líquido superior metanizada do refugo, para a unidade da fase aeróbica mesofílica ou termofílica; e - um aparelho de homogeneização para homogeneizar a fase de conteúdo líquido superior e a fase de conteúdo líquido inferior de semi-sólido para formar um substrato semi-sólido submetido a um tratamento na fase mesofílica ou termofílica.

Como especificado previamente, um objetivo da presente invenção é uma instalação de tratamento compacta, que pode tratar vários refugos orgânicos em ambas as formas, líquida e sólida, preferivelmente simultaneamente. De acordo com uma forma de realização, a mistura do refugo orgânico líquido e sólido, preferivelmente depois de ter sido moído e/ou homogeneizado, é separada em duas fases dependendo do seu teor de matéria seca. A fase de conteúdo líquido superior é tratada por metanização, e a fase de conteúdo líquido inferior, geralmente na forma de semi-sólidos, é tratada na fase aeróbica mesofílica ou termofílica. Depois do tratamento da fase de conteúdo líquido superior, a referida fase é misturada com a fase de conteúdo líquido inferior tratada aerobicamente mesofílicamente ou termofilicamente, de modo a formar um substrato, o substrato resultante sendo tratado ainda no tratamento da fase aeróbica mesofílica ou termofílica.

Em uma forma de realização, a fase de conteúdo líquido superior é aquecida pela combustão do biogás produzido por metanização, antes de formar o substrato. Como indicado acima, o meio de tratamento por metanização é geralmente um digestor tendo dimensões médias, como descrito na técnica antecedente. O digestor deve ser projetado para coletar o gás produzido sob as condições de anaerobiose.

De acordo com um aspecto preferido a invenção, o estágio de tratamento por metanização e o meio associado são projetados para as necessidades de energia do estágio de tratamento mesofílico ou termofílico. Desse modo, o volume do digestor é preferivelmente ajustado para produzir a quantidade de biogás de acordo com a energia exigida para implementar o processo de acordo com a invenção.

Um meio de tratamento na fase de aerobiose mesofílica ou termofílica de acordo com a invenção compreende pelo menos um tanque que permita que os microorganismos sejam cultivados sob condições de aerobiose em um substrato constituído por refugos orgânicos. Preferivelmente, o referido meio de tratamento por aerobiose mesofílica ou termofílica é constituído de vários fermentadores ligados juntos em série.

Pelo menos um dos tanques compreende um meio de troca de calor que permite que os refugos orgânicos sejam aquecidos para as temperaturas mencionadas acima. Este meio de troca de calor pode operar, por exemplo, usando uma resistência elétrica ou através da circulação de vapor ou água quente. Preferivelmente, o substrato é aquecido pelo contato com as paredes do tanque que estão elas mesmas em contato com o referido meio de troca de calor. O meio de tratamento por aerobiose mesofílica ou termofílica vantajosamente compreende um meio para a aeração do substrato, que pode estar na forma de agitadores, tais como parafusos ou na entrada do ar bombeado no fundo dos tanques. Este meio pode compreender também outros elementos tomando possível otimizar a operação mecânica dos tanques de tratamento por aerobiose conhecido para as pessoas versadas na técnica. Um exemplo de um meio de tratamento por aerobiose de acordo com a invenção é descrito mais particularmente no pedido de patente US 5.810.903. O dispositivo de acordo com a invenção compreende geralmente um meio que toma possível transferir os refugos resultantes do tratamento por metanização para o meio para tratar os referidos refugos por aerobiose mesofílica ou termofílica. Este meio pode, por exemplo, ter a forma de um conduto conectando diretamente o digestor para um dos tanques de tratamento aeróbico, tomando possível drenar o digestor e misturar os resíduos da metanização com o substrato tratado por aerobiose mesofílica ou termofílica.

De acordo com um aspecto preferido do dispositivo, o meio de tratamento por metanização é combinado com um refervedor que permite que o biogás produzido pela metanização seja queimado, o referido refervedor preferivelmente sendo um co-gerador tomando possível produzir energia na forma de vapor e/ou eletricidade. Esta energia é em seguida transferida do referido refervedor para o referido meio de aquecimento ou pré-aquecimento dos refugos por meio de transferência de energia. No caso da produção de eletricidade, este meio de transferência pode ter a forma de cabos elétricos conectando o gerador que produz a eletricidade ao trocador de calor com o qual o tanque de tratamento aeróbico é equipado, e no caso de produção de vapor, ele pode consistir de uma rede de vapor pressurizado conectando a planta de energia de vapor ao referido meio de aquecimento ou pré-aquecimento dos refugos.

Dependendo do tipo de refugos tratado, ele pode ser utilizável para o dispositivo para compreender um meio diferente a jusante de separação de refugos de acordo com a sua natureza, e em particular um separador da fase líquida/sólida tomando possível ajustar o teor de água dos refugos entrando nos diferentes meios de tratamento. O exemplo seguinte é planejado para complementar a descrição sem implicar em qualquer limitação da mesma.

Exemplo Dispositivo de acordo com a invenção na forma de uma unidade de tratamento modular auto-suficiente. A unidade de tratamento compreende uma admissão através da qual os refugos orgânicos não tratados na forma sólida e líquida são introduzidos dentro do recinto da unidade de tratamento auto-suficiente. Usando um separador de fase, os refugos líquidos são separados dos refugos mais sólidos. Os refugos sólidos passam por uma separação manual em uma correia transportadora a fim de remover aqueles que não podem ser comprimidos. Refugos deste tipo, tais como, por exemplo, pedaços de madeira, são incinerados no refervedor aonde o biogás é queimado. Os outros refugos são comprimidos e em seguida transferidos em uma correia transportadora para um primeiro tanque da unidade de tratamento da fase aeróbica termofílica ou mesofílica, onde eles são armazenados. Este primeiro tanque tem uma capacidade de aproximadamente 110 m3. Os refugos líquidos são recuperados por gravidade no nível de um coletor que se abre dentro do digestor. O digestor está na forma de um tanque cilíndrico tendo uma Λ capacidade de aproximadamente 3000 m . Os refugos líquidos são misturados neste tanque cilíndrico por umas poucas horas até que uma mistura é obtida por evaporação, tendo um teor de matéria sólida ajustado para aproximadamente 10%. O dispositivo compreende dois digestores que operam altemadamente a fim de ter uma produção quase contínua de biogás. O primeiro digestor é iniciado quando o suporte de gás do tipo sino planejado para recuperar o biogás sob pressão é colocado em um modo selado no tanque de metanização. Durante a fermentação, o segundo digestor que terminou o seu ciclo de digestão, e do qual o suporte de gás do tipo sino foi descartado, é esvaziado de seus conteúdos. Os resíduos da metanização têm um teor de matéria sólida aproximadamente na ordem de 10%. A sua drenagem para fora do digestor é realizada de um modo fluído por um dreno localizado em um ponto inferior do digestor. Os resíduos fluídos são transportados por gravidade, usando um conduto que se estende do referido dreno dentro do primeiro tanque da unidade de tratamento de aerobiose termofílica onde o substrato de refugos semi-sólidos ou sólidos é armazenado. Este primeiro tanque é equipado com parafusos os quais por sua vez permitem que o í substrato seja homogeneizado. Agua quente pressurizada pode ser injetada se necessário para melhora a homogeneização. Esta água quente toma possível colocar o substrato em uma temperatura que é superior a da temperatura do ambiente e diluir o substrato até que ele alcance um teor de matéria seca na ordem de 40%. O biogás produzido pelos microorganismos durante a fermentação dos refugos líquidos no digestor acumulados abaixo do gasômetro do tipo sino equipado com uma válvula, é transportado através de um tubo para um queimador localizado em um refervedor onde água quente e vapor pressurizado são gerados. O queimador é equipado com uma fonte permanente de ignição de modo que tão logo o biogás alcance o refervedor ele é imediatamente queimado. O vapor de água sob pressão toma possível gerar eletricidade por meio de uma turbina. Esta turbina, acoplada a um transformador elétrico, toma possível prover a energia necessária da unidade que é na ordem de 12500 kW/h/dia. A água quente é enviada sob pressão para dentro da parede dupla feita de inox® do segundo tanque da unidade de por aerobiose, a fim de aquecer o substrato contido no tanque até que se alcance uma temperatura na ordem de 60°C por várias horas. O substrato é em seguida transferido para um tanque coberto, as paredes do qual são isoladas por um forro de espuma de poliuretano. O tratamento de aerobiose continua neste tanque em uma temperatura maior do que 50°C por aproximadamente 48 horas. Neste estágio, a temperatura é mantida grandemente pelos microorganismos mesofílicos ou termofílicos que se desenvolvem no substrato e por uma oxigenação ativa. O substrato é oxigenado continuamente através de bombeamento de ar na base do tanque. Assim que o tanque está coberto, o ar que está presente na superfície do substrato é sugado para dentro de um conduto de inox®. Este conduto se abre dentro da câmara de combustão do refervedor. O ar carregado com eflúvio que é recuperado na superfície do substrato no tanque desse modo serve como comburente para a combustão do biogás e os aromas contidos no eflúvio são destruídos por choque térmico. O refervedor é equipado com uma chaminé através da qual os gases da combustão são evacuados. Esta chaminé é equipada com um filtro para evitar a emissão de cinzas na atmosfera.

Durante o tratamento, o substrato perderá uma grande parte da sua água por evaporação. Esta perda de água pode ser substituída como exigido por água quente que é injetada sob pressão no tanque. O substrato é em seguida transferido por um conduto dentro do tanque ao ar livre que é maior e mais rasa do que o tanque anterior, tendo uma profundidade de aproximadamente 70 cm. O substrato é espalhado em contato com o ar atmosférico. Ele resfria enquanto perde água por evaporação e se assenta até alcançar um estado semi-sólido em que o teor de água varia entre 30 e 50%. Depois de 2 horas, o substrato é retirado e transferido em uma correia transportadora que passa lentamente através da câmara de combustão de biogás no refervedor. A velocidade do trajeto da correia transportadora na câmara de combustão é a relação para a temperatura da referida câmara e o teor de água do substrato na entrada. Deste modo, o substrato é seco e esterilizado de um modo relativamente uniforme. O substrato em seguida toma a forma de um composto que é carregado dentro do corpo de um caminhão basculante localizado no final da correia transportadora, para uso como fertilizante agrícola.

REIVINDICAÇÕES

Claims (18)

1. Processo para o tratamento de uma mistura de refugos orgânicos líquidos e sólidos, caracterizado pelo fato de que compreende os estágios seguintes: - moer os refugos sólidos e líquidos; - recuperar uma fração de conteúdo líquido superior do refugo, o teor de matéria seca da referida fração de conteúdo líquido superior do refugo sendo entre cerca de 5 e cerca de 20%; - outra fração de refugo sendo uma fração de conteúdo líquido inferior tendo um teor de matéria seca maior do que 20% é transferida para uma unidade de tratamento por aerobiose mesofílica ou termofílica. - tratar a fração de conteúdo líquido superior por metanização para produzir gás e usar o gás para produzir o calor exigido para o tratamento do refugo na fase aeróbica na unidade de tratamento mesofílico ou termofílico; - em seguida incorporar a fração de conteúdo líquido superior metanizada com a fração de conteúdo líquido inferior tratada por aerobiose mesofílica ou termofílica a fim de obter um substrato tendo um teor de matéria seca compreendido entre cerca de 20 e cerca de 50%; - tratar o substrato resultante por anaerobiose mesofílica ou termofílica; e - recuperar o referido substrato tratado na forma de composto.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a água residual que se origina da metanização é usada para diluir os refugos orgânicos tratados durante a fase de tratamento aeróbico mesofílico ou termofílico.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os resíduos que se originam do primeiro estágio de tratamento por metanização são incorporados integralmente com os resíduos presentes na fase de tratamento aeróbico mesofílico ou termofílico.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o estágio de tratamento por metanização é projetado para se adequar as exigências de energia do estágio de tratamento por aerobiose mesofílico ou termofílico.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a energia do gás é recuperada pela combustão do referido gás.

6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o ar poluído que se origina da segunda fase de tratamento aeróbico mesofílico ou termofílico é tratado com calor durante a combustão do gás que se origina do primeiro estágio de tratamento por metanização.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de que as paredes dos tanques contendo os refugos são aquecidas durante a fase de tratamento aeróbico mesofílico ou termofílico a fim de promover o desenvolvimento de uma flora de microorganismos termofílicos ou mesofílicos nos refugos.

8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as paredes dos referidos tanques são mantidas em uma temperatura as colocando em contato com água quente ou vapor aquecido da combustão do gás produzido por metanização.

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a temperatura dos refugos durante o tratamento por aerobiose está compreendida entre 50 e 80°C.

10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende, além disso, um estágio final de secagem ou esterilização do produto final obtido no final da fase de tratamento aeróbico mesofílico ou termofílico.

11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo fato de que os estágios de secagem ou esterilização das lamas usam uma parte da energia produzida durante o estágio de tratamento por metanização.

12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, caracterizado pelo fato de que os estágios de tratamento por metanização e tratamento na fase aeróbica termofílica ou mesofilica acontecem continuamente e/ou simultaneamente.

13. Dispositivo para o tratamento de refugos orgânicos, caracterizado pelo fato de que compreende: - uma admissão para refugo na forma sólida e líquida; - um aparelho de moagem para moer o refugo; - um separador para separar as fases líquidas e sólidas do refugo; - uma unidade de metanização para tratar uma fase de conteúdo líquido superior do refugo; - uma unidade de tratamento da fase aeróbica mesofilica ou termofílica para tratar a fase de conteúdo líquido inferior do refugo em um estado semi-sólido; - um conduto ou transportador para transferir a fase de conteúdo líquido superior metanizada do refugo para a unidade da fase aeróbica mesofilica ou termofílica; e - um aparelho de homogeneização para a homogeneização da fase líquida superior e fase líquida inferior do semi-sólido para formar um substrato semi-sólido que é submetido a um tratamento na fase aeróbica mesofilica ou termofílica.

14. Dispositivo de acordo com uma das condições de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que os meios de tratamento de metanização são combinados com um refervedor tomando possível queimar o biogás produzido pela metanização.

15. Dispositivo de acordo a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o referido refervedor gera energia na forma de vapor ou eletricidade.

16. Dispositivo de acordo com uma das reivindicações de 13 a 15, caracterizado pelo fato de que o referido meio de tratamento dos refugos por aerobiose mesofílica ou termofilica tem um meio para o aquecimento ou pré-aquecimento dos refugos.

17. Dispositivo de acordo a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que ele compreende, além disso, meios para a transferência de energia do referido refervedor para o referido meio de aquecimento ou pré-aquecimento dos refugos.

18. Dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 13 a 17, caracterizado pelo fato de que o referido meio de tratamento aeróbico mesofílico ou termofílico é constituído de vários fermentadores conectados juntos em série.