BR102019020995B1 - Usina para transformação mecânica e bioquímica dos resíduos sólidos urbanos - Google Patents

Abstract

USINA PARA TRANSFORMAÇÃO MECÂNICA E BIOQUÍMICA DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS. O seguinte resumo para invenção se refere ao desenvolvimento de uma usina para transformação mecânica e bioquímica dos resíduos sólidos urbanos (RSU), sendo que estes resíduos sofrem uma transformação mecânica, onde ocorre a separação entre a parte orgânica e a sintética, sendo que esta parte orgânica sofre processo de fermentação para a produção de biogás e adubo, onde a usina (U) pode contar com um ou mais módulos (M1, M2, M3, M4, etc.), onde cada um dos módulos (M) contém uma rampa de descarga (1), uma unidade rasga-saco (2), um tromel (5), esteira de triagem (6), um triturador (8), silos dosadores (10), desidratador (11), secador (13), peneira rotativa (15), misturador interno (18) e prensa (20).

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] O seguinte relatório descritivo para invenção se refere ao desenvolvimento de uma usina para transformação mecânica e bioquímica dos resíduos sólidos urbanos (RSU), sendo que estes resíduos sofrem uma transformação mecânica, onde ocorre a separação entre a parte orgânica e a sintética, sendo que esta parte orgânica sofre processo de fermentação para a produção de biogás e adubo.

ESTADO DA ARTE

[002] De acordo com o Ministério do Meio ambiente, a reciclagem do lixo é um conjunto de técnicas de reaproveitamento de materiais descartados, reintroduzindo-os no ciclo produtivo. Em outras palavras, é a produção de novos materiais utilizando a matéria prima de utensílios que serão jogados no lixo. Então o retorno da matéria prima ao ciclo produtivo envolve separação, coleta e muitos processos químicos.

[003] Em primeiro lugar, as usinas de reciclagem têm como atividade principal transformar materiais recicláveis em matéria-prima para a indústria. Assim esses centros têm como objetivo recebem os resíduos sólidos de empresas e catadores após a coleta seletiva.

[004] A primeira etapa do processo de transformação de materiais recicláveis chama-se recepção. Nessa etapa, os caminhões responsáveis pela coleta descarregam os resíduos em áreas de recebimento. Em seguida, nessa área, os resíduos sólidos passam por um sistema de captação e drenagem de chorume.

[005] Na central de triagem há a separação dos resíduos de acordo com as suas características. Desse modo, quanto mais organizados estiverem os resíduos, maior será o seu valor agregado. A triagem de resíduos pode ser feita manualmente, sendo os resíduos separados enquanto passam por esteiras transportadoras. Pode haver também um sistema automatizado, composto por equipamentos especiais, como por exemplo, separadores magnéticos. No processo de triagem os materiais são escolhidos para a reciclagem de acordo com a demanda das indústrias. Por fim, os materiais recicláveis mais comuns são os papéis, plásticos, vidro e metal.

[006] Somente os materiais em bom estado são levados para a prensa, onde são compactados e vendidos para indústrias recicladoras. Enquanto o restante é encaminhado para os aterros sanitários.

[007] As indústrias recicladoras podem aplicar três modelos de transformação de resíduos sólidos. Dessa forma, a escolha depende do tipo de resíduo e da demanda da economia local.

[008] A reciclagem mecânica é um processo comum no mundo inteiro. Essa técnica consiste em transformar o material sem alterar a sua estrutura. Geralmente os plásticos são reciclados desse modo para dar origem a novas embalagens, pisos ou mangueiras. Esse procedimento se dá em quatro etapas: - Fragmentação: Em primeiro lugar, os resíduos são levados para um moinho onde são pulverizados. - Lavagem e separação: Após a pulverização, os fragmentos são lavados com água e se separam devido à diferença de densidade. - Secagem: Em seguida, os fragmentos são levados para grandes secadoras, onde entram em contato com o ar quente. - Extrusão: Por fim, após a secagem, os fragmentos são aquecidos e levados para uma rosca onde são formados filamentos. Esses filamentos são resfriados, cortados numa granuladora e embalados.

[009] A reciclagem energética é realizada pela queima dos resíduos que não foram prensados, após o processo de triagem. Visto que a queima desses materiais pode substituir o óleo diesel e garantir o funcionamento da usina.

[0010]A reciclagem química é feita pela separação das moléculas que compõem o material. Consiste na quebra dos polímeros para que voltem a ser monômeros. A saber, há diferentes formas de se realizar essa etapa: - HIDROGENAÇÃO Utilização de oxigênio e calor para a quebra das cadeias que compõem os polímeros. - GASEIFICAÇÃO: Geração de gases a partir do aquecimento de resíduos. - PIRÓLISE: Decomposição de materiais em ambientes com baixa ou nenhuma concentração de oxigênio - QUIMÓLISE: Utilização de metano, água e glicol para a quebra de polímeros

[0011] Existem diversos documentos de patente que descrevem usinas e sistemas de reciclagem dos RSU.

[0012] O documento PI 1004545-7 descreve um processo otimizado de beneficiamento de lixo urbano, compreendido por um pátio em declínio, recuperadora, rampa de acesso, disco desfibrilador, mesa vibratória, mesa de separação, esteira transportadora elevatória móvel ou dala e pátio de compostagem; sendo que tal usina separa e mói todo o material inorgânico, como papel, plástico, metais e vidros; e fermenta o material orgânico, produzindo adubo ou composto orgânico.

[0013] O documento PI 1006088-0 descreve um sistema composto de quatro setores distintos: separação, orgânico combustível (briquetes), recicláveis, compensado plástico-fibra e incinerador de plasma.

[0014] Uma usina automática para reciclagem de lixo é descrita no PI 0904391-8 que compreende uma unidade de recebimento e processamento inicial do lixo, uma separadora de material orgânico; separadora de sacolas plásticas; separadora de materiais ferrosos; separadora do lixo para descarte; separadora de papéis e plásticos leves; separadora de resíduos menores; e separadora por densidade. Todas essas partes estão interligadas de modo contínuo e automatizado, de modo que o lixo não é manuseado por ninguém, entrando na unidade de recebimento e sendo separado durante o percurso.

[0015] Um sistema para reciclagem de resíduos orgânicos é descrito no BR 102012018297-1, sendo compreendido por funil abastecedor instalado na base do canhão, fazendo assim com que o material seja direcionado para a rosca, esta transportará o material através do canhão, onde o processo de secagem ocorrerá, onde todo excedente de líquidos será captado através de drenos, sendo estes filtrados, evitando assim qualquer tipo de poluição resultante do processo; com o material já seco, se dará o processo de moagem chegando a um produto pronto para consumo, podendo assim conseguir um destino mais nobre e adequado para tais resíduos orgânicos.

[0016] O documento PI 1002521-9 descreve um sistema de tratamento e destinação final dos resíduos sólidos urbanos feitos através do processamento dos resíduos em uma unidade mecanizada e automatizada de homogeneização, compostagem e triagem, onde será possível viabilizar os seguintes aspectos: o aumento da quantidade de materiais recicláveis que serão separados dará ao sistema viabilidade econômica, permitindo a sua sustentabilidade; a não destinação dos rejeitos em aterros sanitários, lixões ou queima dará ao sistema viabilidade ambiental; o sistema será um fator de inclusão social, pois gerará empregos diretos e indiretos, movimentando a cadeia produtiva que envolve a reciclagem. O sistema proposto envolve um projeto operacional que está concordante com os equipamentos para ele especialmente desenvolvidos, como, o equipamento revolvedor com helicoides especiais, o pré-triturador, caçamba motorizada e automatizada, esteiras de dimensões, peneira rotativa especial e demais tulhas, bags e rampa de descarga.

[0017] Um sistema de transformação dos resíduos sólidos urbanos em fibras orgânicas (carbono), que quando compactadas, servem de matéria-prima substituta da madeira, é descrito no PI 0604727-0 que tem por finalidade fornecer um novo sistema de tratamento dos resíduos sólidos urbanos, limpo e sustentável, uma vez que o lixo sofre secagem e esterilização em um forno rotativo que atinge a temperatura de até 400°C, e dispõe o lixo de maneira mais higiênica para a catação do material inorgânico com destino a reciclagem. O que resta da catação é o lixo orgânico, que é transformado em fibras por meio de um processo de trituração e secagem. As fibras orgânicas são usadas para a fabricação de "madeira ecológica", o que elimina o acúmulo de volume de resíduos sólidos para a disposição em lixões e aterros e favorece a preservação dos recursos naturais. Também, oferece garantias de controle das emissões de gases poluentes, por meio de um sistema de limpeza dos gases, que consiste na sua diluição em um ventilador centrífugo e no controle de particulados em um ciclone.

PROBLEMA DA TÉCNICA

[0018] Diversos problemas podem ser encontrados nas soluções adotadas para a reciclagem dos RSU, que podem ser apontados: - Utilização de água para lavagem dos fragmentos e separação; - Emprego de temperaturas elevadas para secagem e esterilização; - Geração de gases complexos em caso de queima dos resíduos; - Necessita de separação da parte orgânica da sintética; - Subaproveitamento do chorume.

SOLUÇÃO PROPOSTA

[0019]Assim, com o objetivo de solucionar os problemas apontados se desenvolveu um processo para transformação mecânica e bioquímica dos resíduos sólidos urbanos, desenvolvido com o objetivo de atender a Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS) - Lei Federal 12.305/10, a qual trata da questão social, visto que muitas cidades já possuem cooperativas organizadas na triagem, sendo assim, as tecnologias não devem interferir nesta relação. Também o processo mecânico-bioquímico dialoga com os organismos de fiscalização e preservação do meio ambiente, nessa forma inovadora de valorização do “lixo”, e possui várias vantagens fundamentais, como: - Não utiliza água no processo; - Não trabalha com temperaturas acima de 150°C; - Aproveita a fração orgânica para geração de gás, energia e fertilizante; e - Aproveita a fração sintética para fabricação de produtos termoplásticos reciclados.

[0020] O processo mecânico-bioquímico, como o nome já traduz, é uma forma ambientalmente correta de tratar os RSU. A pare mecânica traduz o processo pelo qual é separado a fração orgânica da fração sintética, separação esta que ocorre por ação mecânica de torção e amassamento em rotação reduzida, não tendo a geração de altas temperaturas. A parte bioquímica se refere à transformação em biogás, através da fermentação da fração orgânica e o aproveitamento do que sobra no final do processo em fertilizante.

[0021] A transformação em produtos do flake, que é a fração sintética resultante da extração da parte orgânica, também é realizada por equipamento inovador, que tem a capacidade de misturar e homogeneizar várias classes de polímeros e cargas inertes, transformando em um composto termoplástico, que pode ser moldado através de prensa hidráulica em vários produtos, como tijolos, pisos, chapas, meio fio, tubos e muitos outros itens, dependendo apenas do molde.

DESCRIÇÃO

[0022] A caracterização da presente invenção é feita por meio de desenhos representativos da usina para transformação mecânica e bioquímica dos resíduos sólidos urbanos, de tal modo que produto possa ser integralmente reproduzido por técnica adequada, permitindo plena caracterização da funcionalidade do objeto pleiteado.

[0023] A partir das figuras elaboradas que expressam a melhor forma ou forma preferencial de se realizar o produto ora idealizado, se fundamenta a parte descritiva do relatório, através de uma numeração detalhada e consecutiva, onde a mesma esclarece aspectos que possam ficar subentendidos pela representação adotada, de modo a determinar claramente a proteção ora pretendida.

[0024] Estas figuras são meramente ilustrativas, podendo apresentar variações, desde que não fujam do inicialmente pleiteado.

[0025] Neste caso se tem que: - A FIGURA 01 mostra a planta baixa de um dos módulos da usina proposta; - A FIGURA 02 mostra uma possibilidade de arranjo de uma usina composta por quatro módulos; e - A FIGURA 03 mostra uma perspectiva de um dos módulos em uma montagem não linear.

[0026] O início da operação ocorre normalmente como é feito hoje, ou seja, os caminhões compactadores chegam do meio urbano até a usina e descarregam o RSu em um local coberto e com piso impermeável (1), evitando que com a chuva ocorra a contaminação e absorção dos líquidos pelo solo.

[0027] Após descarregado, esse resíduo é conduzido à um rasgador de sacolas (2), passa pela esteira inclinada (4) e por um tromel dosador (5) com caixa de alimentação. O tromel abastece uma esteira de triagem (6), onde são retirados os materiais de valor de mercado, como: latinha de alumínio, PET, PP, PE, PEAD, vidro e metais. É importante que se diga que a triagem não é obrigatória para o processo, foi mantida apenas por uma questão social, respeitando as pessoas, ou cooperativas que já exploram este mercado a mais tempo. No caso de não haver interesse ou viabilidade econômica de fazer a triagem, a esteira se mantém com 10% do número de pessoas, como forma de fiscalização, para retirada de materiais de grande porte que por ventura acompanhe os resíduos. Esta esteira possui rolo magnético potente para retirar metais que possam ter passado pela triagem manual.

[0028] Depois da triagem, o rejeito, nome dado aos resíduos que não tem valor comercial, e são destinados ao aterro, é passado por um triturador industrial (8), equipamento que trabalha em baixa rotação, com dois eixos dotados de navalhas tipo garra, que fragmentam o rejeito, eliminando materiais de maior volume, como roupas, calçados, madeiras e outros, de forma que os materiais cheguem ao próximo equipamento pré-triturado e com menor volume.

[0029] Depois de triturado, esse rejeito segue para silos dosadores, que servem para separar por bateladas, de acordo com a capacidade do equipamento inovador seguinte, que é desidratador (11). Esse equipamento faz a desidratação do RSU, ou seja, a extração da fração orgânica, por meio de rotor que gira em baixa rotação, porém com muito torque e força, pressionando por um pistão hidráulico, e uma tampa chamada pilão, desta forma o resíduo sofre uma torção e amassamento, fazendo que o lodo orgânico seja drenado pela parte inferior do equipamento, que possui orifícios bem distribuídos para melhor performance do equipamento. Este processo é o mais inovador, onde são separados os sintéticos, como: plásticos, tecidos, borrachas, papéis e outros, da parte orgânica, como restos de alimentos, cascas de frutas, resíduos que sobram dentro de embalagens. O orgânico sai em forma de um lodo pastoso com aspecto e coloração padronizado. O equipamento que realiza a separação da fração orgânica, da fração sintética mecanicamente, e extrai de 85 a 90% dos orgânicos contidos no RSU.

[0030] Após o processamento da desidratação, a fração orgânica que é extraída, sai em forma de um lodo pastoso, o qual é encaminhado para os biodigestores, para geração de gás e energia, através da tecnologia de biogás, através da biodigestão que é um processo realizado por microrganismos, que digerem a matéria orgânica em meio anaeróbio, aonde não há a presença de ar. Para tal processo se utilizam tanques fermentadores, onde a material orgânica é fermentada formando dois produtos finais; biogás e bio fertilizante.

[0031] O biogás é um gás composto basicamente de 60% de gás metano e 40% de dióxido de carbono. Como o gás metano tem um alto poder calorifico ele pode ser queimado em grupos geradores para a produção de energia elétrica e térmica.

[0032] Com uma tonelada da parte orgânica do RSU pode ser produzido de 220 a 300kw de energia elétrica e ainda as mesmas quantidades de energia térmica.

[0033] Depois da digestão, a matéria orgânica se transforma em um rico adubo que pode potencializar de forma orgânica culturas como de milho, soja e hortaliças. Em muitos países onde a biodigestão é mais frequente a utilização de adubos químicos é pequena ou em muitos casos inexistente.

[0034] Após a extração do material orgânico do RSU, tem-se como resultante uma mistura de materiais sintéticos, como plásticos, tecidos, borrachas, papéis, etc., os quais são retirados do desidratador com alguma umidade.

[0035] Para secagem final do flake, o mesmo é transportado por uma esteira (12) para o túnel de secagem (13), que possui eixo central, onde são fixadas pás no sentido helicoidal, de forma que seja conduzido por aproximadamente 25 metros de comprimento, recebendo calor e ventilação forçada, para que o flake fique totalmente seco, e com isso ocorra o desprendimento dos orgânicos remanescentes.

[0036] A próxima etapa é a peneira rotativa (15) que retira os orgânicos remanescentes, com isso, seguindo no processo somente os sintéticos secos, sendo depositados em um silo dosador, que permite dividir em bateladas a carga que seguirá para o próximo equipamento, o misturador.

[0037] O misturador interno (18), equipamento também inovador e inédito, que faz a mistura e homogeneização dos resíduos, transformando-os em um composto termoplástico, o qual é uma matéria- prima para a fabricação de produtos, com isto transformando e valorizando resíduos que anteriormente seriam destinados para aterro.

[0038] O processo de transformação em produtos ocorre através de prensagem ou extrusão (20), sendo definido o formato e tipo de produto pelos moldes utilizados.

[0039] Após a prensagem, os produtos prensados são encaminhados para uma linha de reabarbação para retirada e limpeza das peças, deixando-as prontas para uso.

[0040] Se inclui também na linha um moinho, para reutilização de todas as rebarbas e sobras, desta forma reutilizando-as novamente no processo de mistura e geração do composto termoplástico.

[0041] Um módulo (M) contém uma rampa de descarga (1) do material a ser transformado, passando para uma unidade rasga-saco (2), seguindo por uma esteira reta (3) até a primeira esteira inclinada (4) e por um tromel (5), para retirada do material ferromagnético, sendo que do tromel (5) este material é levado até a esteira de triagem (6), disposta sobre a plataforma (7), onde ocorre a separação do material de maiores dimensões, sendo que ao final da esteira de triagem (6) este material já separado é cominuído em um triturador (8), sendo transferido por meio de uma segunda esteira inclinada (9) até os silos dosadores (10) para separação por bateladas, de acordo com a capacidade do desidratador (11), que foi objeto de pedido de patente em separado BR 202019015874- 9, sendo que o material desidratado é transferido por meio de uma terceira esteira inclinada (12) até o secador (13) que opera com temperaturas abaixo dos 150° C, de modo que este material já seco possa ser transferido por meio de uma quarta esteira inclinada (14) até uma peneira rotativa (15), onde este material já seco passa por meio da quinta esteira inclinada (16) até o silo (17), passando pelo misturador interno (18), que é objeto de Carta-Patente MU 8801378-2, sendo conduzido por uma esteira (19) até a prensa (20) que conforma o produto de acordo com a necessidade.

[0042] Uma usina (U) pode ser composta por diversos módulos (M1, M2, M3, M4, etc.), de modo a atender a diversas demandas de transformação dos RSU.

[0043] Também, estes diversos módulos (M1, M2, M3, M4, etc.) podem compartilhar os equipamentos a partir do silo pulmão (10), distribuindo os materiais deste silo para os equipamentos compartilhados (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 e 20), criando arranjos paralelos (P) para atender as diversas demandas.

Claims (1)

1- USINA PARA TRANSFORMAÇÃO MECÂNICA E BIOQUÍMICA DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS, que conta com um módulo (M) que contém uma rampa de descarga (1) do material a ser transformado, passando para uma unidade rasga-saco (2), seguindo por uma esteira reta (3) até a primeira esteira inclinada (4) e por um tromel (5), esteira de triagem (6), disposta sobre a plataforma (7), sendo que ao final da esteira de triagem (6) este material já separado é cominuído em um triturador (8), uma segunda esteira inclinada (9) até os silos dosadores (10), uma terceira esteira inclinada (12) até o secador (13) que opera com temperaturas abaixo dos 150° C, de modo que este material já seco possa ser transferido por meio de uma quarta esteira inclinada (14) até uma peneira rotativa (15), onde este material já seco passa por meio da quinta esteira inclinada (16) até o silo (17), passando pelo misturador interno (18), sendo conduzido por uma esteira (19) até a prensa (20), caracterizado por apresentar um desidratador (11), posicionado entre os silos dosadores (10) e a terceira esteira inclinada (12), sendo dito desidratador (11) dotado de rotor que gira em baixa rotação, pressionando por um pistão hidráulico e uma tampa chamada pilão, promovendo a torção e amassamento do resíduo

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