BR102019005723A2

BR102019005723A2 - MODULAR STRUCTURE FOR PURIFICATION OF BIOGAS WITH GREEN COVERAGE

Info

Publication number: BR102019005723A2
Application number: BR102019005723-8A
Authority: BR
Inventors: Herlane Costa Calheiros; Luisa Silva Costa
Original assignee: Unifei - Universidade Federal De Itajubá
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2019-03-22
Publication date: 2020-10-06

Abstract

estrutura modular para purificação de biogás com cobertura verde o presente pedido de patente de invenção demonstra um produto modular, empilhável e sustentável. pode ser aplicada ao tratamento de biogás de águas residuárias de indústrias, cidades, condomínios ou bairros em áreas urbanas ou rurais, e permite o cultivo de plantas com fins paisagísticos ou para a produção de alimentos. o diferencial da presente invenção é seu design que alia, num só produto, a possibilidade de realizar o controle de odores e desfrutar de uma cobertura verde em uma única estrutura, ocupando uma área menor e agregando as vantagens dos dois sistemas.modular structure for biogas purification with green cover this invention patent application demonstrates a modular, stackable and sustainable product. it can be applied to the treatment of biogas from wastewater from industries, cities, condominiums or neighborhoods in urban or rural areas, and allows the cultivation of plants for landscape purposes or for food production. the differential of the present invention is its design that combines, in a single product, the possibility of carrying out odor control and enjoying green coverage in a single structure, occupying a smaller area and adding the advantages of both systems.

Description

MODULAR STRUCTURE FOR PURIFICATION OF BIOGAS WITH GREEN COVERAGE

Application field

[001] A presente invenção é uma tecnologia verde ou sustentável aplicável ao tratamento de biogás de águas residuárias de indústrias, cidades, condomínios ou bairros em áreas urbanas ou rurais e, também, permite o cultivo de plantas com fins paisagísticos ou para a produção de alimentos.[001] The present invention is a green or sustainable technology applicable to the treatment of biogas from wastewater from industries, cities, condominiums or neighborhoods in urban or rural areas and also allows the cultivation of plants for landscape purposes or for the production of foods.

State of the art

[002] Os sistemas de esgotamento sanitário, principalmente nas estações elevatórias de esgoto e estações de tratamento de esgoto, emitem gases odoríferos. Portanto, precisam ser purificados, seja para controlar a emissão de odores ou para produzir energia térmica ou elétrica proveniente de biogás rico em metano.[002] Sanitary sewage systems, mainly in sewage pumping stations and sewage treatment stations, emit odorous gases. Therefore, they need to be purified, either to control the emission of odors or to produce thermal or electrical energy from methane-rich biogas.

[003] Sistemas de purificação de biogás normalmente são estruturas com formato de coluna ou contêineres de média a grandes dimensões, dependendo da vazão a ser tratada.[003] Biogas purification systems are usually column-shaped structures or containers from medium to large dimensions, depending on the flow to be treated.

[004] Uma tendência mundial é implantar coberturas verdes que podem filtrar partículas finas de ar, promover o isolamento térmico da edificação e absorver gases de efeito estufa para melhorar a qualidade do ar, trazendo benefícios estéticos e ecológicos significativos para a vizinhança.[004] A global trend is to implant green roofs that can filter fine particles of air, promote the thermal insulation of the building and absorb greenhouse gases to improve air quality, bringing significant aesthetic and ecological benefits to the neighborhood.

[005] Cada vez mais cidades tem manifestado interesse em implantar coberturas verdes nas estações de tratamento (ETE) ou elevatórias (EEE) de esgotos como um projeto de demonstração sustentável com fins paisagísticos, mas com benefícios secundários na redução do escoamento de águas pluviais e na redução do efeito de ilha de calor urbana.[005] More and more cities have expressed interest in implementing green roofs in sewage treatment (ETE) or elevation (EEE) stations as a sustainable demonstration project for landscape purposes, but with secondary benefits in reducing rainwater runoff and in reducing the urban heat island effect.

State of the art problems:

[006] Controle de odores e cobertura verde são sistemas distintos, independentes que ocupam diferentes áreas, por exemplo em ETE ou EEE, que se fossem unificados poderiam agregar valor aos sistemas de esgotamento sanitário tornando-os sustentáveis com redução de custo.[006] Odor control and green coverage are distinct, independent systems that occupy different areas, for example in ETE or EEE, which, if unified, could add value to sewage systems making them sustainable with cost reduction.

Objectives and advantages of the invention

[007] O diferencial da presente invenção é seu design que alia, num só produto, a possibilidade de realizar o controle de odores e desfrutar de uma cobertura verde em uma única estrutura, ocupando uma área menor e agregando as vantagens dos dois sistemas.[007] The differential of the present invention is its design that combines, in a single product, the possibility of carrying out odor control and enjoying green coverage in a single structure, occupying a smaller area and adding the advantages of both systems.

[008] É uma estrutura modular de cultivo extensivo de plantas.[008] It is a modular structure for extensive plant cultivation.

[009] São módulos empilháveis, podem ser encaixados um dentro do outro, tornando seu transporte e armazenamento muito mais econômico pela otimização do espaço ocupado.[009] They are stackable modules, they can be inserted into each other, making their transport and storage much more economical by optimizing the occupied space.

[010] Seu formato contribui para a maior resistência e durabilidade do produto.[010] Its shape contributes to the greater resistance and durability of the product.

[011] Permite a fácil colocação e retirada de material adsorvente de gases odoríferos como o gás sulfídrico para a purificação de biogás.[011] Allows easy placement and removal of odorous gas adsorbent material such as hydrogen sulphide for the purification of biogas.

[012] Promove a purificação do biogás para posterior produção de energia.[012] Promotes the purification of biogas for subsequent energy production.

[013] É uma estrutura de material plástico, conferindo estanqueidade ao sistema dispensando a impermeabilização da cobertura ou telhado onde for instalada.[013] It is a plastic material structure, providing the system with watertightness without the impermeability of the roof or roof where it is installed.

[014] É leve podendo ser montada sobre coberturas pré-existentes.[014] It is lightweight and can be mounted on pre-existing covers.

[015] É capaz de promover o isolamento térmico de edificações e conservação de energia.[015] It is capable of promoting the thermal insulation of buildings and energy conservation.

[016] Possibilita o sequestro de partículas finas e o armazenamento de carbono para o controle da poluição atmosférica.[016] Enables the sequestration of fine particles and the storage of carbon to control air pollution.

[017] Permite a captação para o aproveitamento das águas de chuva.[017] Allows the capture for the use of rainwater.

[018] Por sua simplicidade construtiva, operacional e de manutenção, revela-se como uma alternativa de custo módico.[018] Due to its constructive, operational and maintenance simplicity, it proves to be a low cost alternative.

[019] É aplicável tanto na área urbana quanto na área rural.[019] It is applicable in both urban and rural areas.

[020] É sustentável por ser economicamente viável, ambientalmente correta e socialmente justa, ampliando as funções de ETE ou EEE com mínimo impacto aos recursos naturais.[020] It is sustainable because it is economically viable, environmentally friendly and socially just, expanding the functions of ETE or EEE with minimal impact on natural resources.

Detailed description of the invention

[021] A estrutura modular para purificação de biogás com cobertura verde é de material plástico (polietileno de alta densidade - PEAD), material 100% reciclável, com alta durabilidade e estanqueidade, impermeável e alta resistência térmica, o que impede reações químicas a altas e baixas temperaturas. Pode ter formato retangular ou quadrado com aproximadamente 0,25 m2 de área superficial e 30 cm de altura total, dividida em dois compartimentos sobrepostos verticalmente. Cada modulo possui 3,6 kg, apresentando quase 15 kg/m2. O compartimento inferior tem formato de caixa aberta na parte posterior, dotada de porta com fecho hermético, na qual possui espaço para a colocação de material adsorvente de biogás para a sua purificação. O compartimento superior tem formato de caixa com abertura na parte superior permitindo a colocação de substrato e mudas variadas de plantas de pequeno porte. No compartimento inferior, há tubulações PVC trançado flexível Ø 10mm de entrada e saída do biogás. O tubo de entrada de gás é conectado a um tubo de PVC soldável Ø 20mm perfurado para a distribuição uniforme do gás no interior do compartimento de adsorção. O tubo de saída do gás purificado transporta-o para a queima ou para o sistema de produção de energia térmica e/ou elétrica. No compartimento superior, há tubulações PVC soldável Ø 25mm para a drenagem das águas superficiais e de fundo do referido compartimento, evitando o acúmulo de água e o apodrecimento das raízes das plantas. Os tubos de drenagem de água transportam-na para o sistema de aproveitamento de água de chuva. Sobre o compartimento superior pode-se instalar tubulações flexíveis para a irrigação das plantas por gotejamento em períodos de longas estiagens. Sobre o dreno de fundo recomenda-se a colocação de manta geotêxtil porosa para evitar que o solo seja carreado para fora do sistema, prejudicando a qualidade das águas de chuva e, consequentemente, o seu aproveitamento. Como se trata de uma estrutura modular pode ser utilizado em pequenas, médias ou grandes áreas de cobertura como lajes ou telhados, basta empregar o número necessário de módulos para cobrir a área desejada.[021] The modular structure for biogas purification with green cover is made of plastic material (high density polyethylene - HDPE), 100% recyclable material, with high durability and tightness, waterproof and high thermal resistance, which prevents chemical reactions at high temperatures. and low temperatures. It can be rectangular or square in shape with approximately 0.25 m2 of surface area and 30 cm in total height, divided into two vertically overlapping compartments. Each module has 3.6 kg, presenting almost 15 kg / m2. The lower compartment has the shape of an open box at the rear, equipped with a hermetically closed door, in which it has space for placing biogas adsorbent material for its purification. The upper compartment is shaped like a box with an opening at the top allowing the placement of substrate and various seedlings of small plants. In the lower compartment, there are flexible PVC braided pipes Ø 10mm inlet and outlet of the biogas. The gas inlet pipe is connected to a perforated Ø 20mm perforated PVC pipe for uniform distribution of the gas inside the adsorption compartment. The purified gas outlet tube transports it to the flare or to the thermal and / or electrical energy production system. In the upper compartment, there are PVC Ø 25mm weldable pipes for draining the surface and bottom water of that compartment, avoiding the accumulation of water and the rotting of plant roots. The water drain pipes transport it to the rainwater recovery system. Over the upper compartment, flexible pipes can be installed for drip irrigation of plants during periods of long droughts. On the bottom drain it is recommended to place a porous geotextile blanket to prevent the soil from being carried out of the system, impairing the quality of rainwater and, consequently, its use. As it is a modular structure it can be used in small, medium or large coverage areas such as slabs or roofs, just use the necessary number of modules to cover the desired area.

[022] A estrutura modular sustentável foi montada e testada para o tratamento de biogás e cultivo de gramínea nativa do Brasil nomeada cientificamente de Arachis repens Handro (pertencente à família Fabaceae, gênero Arachis e popularmente conhecida como grama amendoim), simulando um telhado de uma estação elevatória de esgotos. Os resultados revelaram: (a) inexistência de vazamentos ou entupimentos; (b) ausência de quaisquer indício de sobrecarga na estrutura, com garantia de estabilidade da mesma; (c) resistência e firmeza dos módulos; (d) boa capacidade suporte do compartimento superior destinado a cobertura verde, sendo capaz de sustentar o peso das camadas funcionais (vegetação + substrato de crescimento + camada drenante), mesmo em condições do solo totalmente saturado; (e) eficiência da vedação e do orifício drenante do compartimento inferior para a purificação de biogás, pois manteve-se limpo e sem acúmulo de líquido em seu interior durante todo o período.[022] The sustainable modular structure was assembled and tested for the treatment of biogas and cultivation of native Brazilian grass scientifically named Arachis repens Handro (belonging to the Fabaceae family, genus Arachis and popularly known as peanut grass), simulating a roof of a sewage pumping station. The results revealed: (a) no leaks or clogging; (b) absence of any indication of overload in the structure, with guarantee of its stability; (c) resistance and firmness of the modules; (d) good support capacity of the upper compartment for green cover, being able to support the weight of the functional layers (vegetation + growth substrate + drainage layer), even in conditions of fully saturated soil; (e) efficiency of the sealing and drainage hole of the lower compartment for the purification of biogas, as it remained clean and without accumulation of liquid inside it during the entire period.

Brief description of the Figures

[023] A figura 1 apresenta a vista frontal da estrutura modular mostrando as tubulações de entrada e saída de biogás do compartimento inferior e as tubulações de drenagem de água do compartimento superior.[023] Figure 1 shows the front view of the modular structure showing the biogas inlet and outlet pipes from the lower compartment and the water drainage pipes from the upper compartment.

[024] A figura 2 mostra a vista superior da estrutura (a) sem e (b) com a manta geotêxtil, nas quais vê-se na parte superior da fotografia a calha de coleta de água superficial.[024] Figure 2 shows the top view of the structure (a) without and (b) with the geotextile blanket, in which the surface water collection chute is seen at the top of the photograph.

[025] A figura 3 apresenta um esquema mostrando a vista posterior da estrutura modular, com a seguinte legenda: (a) calha de coleta da água superficial a ser enviada para o reservatório de aproveitamento de água de chuva; (b) porta com fechamento hermético para a inserção ou retirada de material adsorvente do compartimento inferior; (c) entrada e tubo distribuidor do biogás no compartimento de purificação.[025] Figure 3 shows a schematic showing the rear view of the modular structure, with the following legend: (a) surface water collection channel to be sent to the rainwater reservoir; (b) door with airtight closure for the insertion or removal of adsorbent material from the lower compartment; (c) inlet and biogas distribution tube in the purification compartment.

[026] A figura 4 mostra o tubo de distribuição de biogás instalado no interior compartimento inferior.[026] Figure 4 shows the biogas distribution tube installed inside the lower compartment.

Claims

MODULAR STRUCTURE FOR PURIFICATION OF BIOGAS WITH GREEN COVERAGE is a product characterized by (a) being modular; (b) be light; (c) have a small total height; (d) be impermeable; (e) be stackable; (f) be impact resistant; (g) enable odor control and the cultivation of small plants in a single structure; (h) allow easy placement and removal of gas adsorbent material for the purification of biogas; (i) can be mounted on pre-existing roofs; (j) making it possible to capture rainwater; (k) be applicable in both urban and rural areas; (l) promoting the thermal insulation of buildings and consequent energy conservation; (m) be able to have a rectangular or square plan area.

MODULAR STRUCTURE FOR PURIFICATION OF BIOGAS WITH GREEN COVERAGE, according to claim 1, due to its configuration it is characterized by having two overlapping compartments.

MODULAR STRUCTURE FOR PURIFICATION OF BIOGAS WITH GREEN COVERAGE, according to claim 1, for its use is characterized by being modular, stackable and sustainable and can be installed on any type of roof or roof.

MODULAR STRUCTURE FOR PURIFICATION OF BIOGAS WITH GREEN COVERAGE, according to claim 1 characterized by having in its preferential configuration a module composed of two compartments of plastic material, with an area of 0.25 m2 and a total volume of 87.5 liters.

MODULAR STRUCTURE FOR PURIFICATION OF BIOGAS WITH GREEN COVERAGE, according to claim 4 characterized by the fact that the lower compartment contains preferentially flexible braided PVC Ø 10mm gas inlet pipe that is connected to a perforated PVC pipe and contains PVC pipe Preferred configuration of flexible braided PVC Ø 10mm for the outlet of the treated gas, the purified gas outlet tube transports it to the flare or to the thermal and / or electric energy production system.

MODULAR STRUCTURE FOR PURIFICATION OF BIOGAS WITH GREEN COVERAGE according to claim 4 characterized by the fact that the upper compartment contains pipes of preferential configuration weldable PVC Ø 25mm for the drainage of the surface and bottom waters of said compartment.

MODULAR STRUCTURE FOR PURIFICATION OF BIOGAS WITH GREEN COVERAGE according to claim 4 characterized by containing a door with airtight closure located at the rear of the lower compartment, with access to a specific space for the placement of gas adsorbent material.

MODULAR STRUCTURE FOR PURIFICATION OF BIOGAS WITH GREEN COVERAGE according to claim 4 characterized by the upper compartment having a box shape and opening at the top allowing the placement of substrate and various seedlings of small plants.