BR102020008797A2

BR102020008797A2 - Fertilizante resultante do tratamento de rejeitos da agroindustria pelo aproveitamento da linha de rejeito de nanomembranas

Info

Publication number: BR102020008797A2
Application number: BR102020008797-5A
Authority: BR
Inventors: Sulamita Frohlich
Original assignee: Sulamita Frohlich
Priority date: 2020-05-03
Filing date: 2020-05-03
Publication date: 2021-11-09
Also published as: BR102020008797A8

Abstract

A presente invenção descreve o desenvolvimento de um fertilizante extraído do processo de concentração de efluentes por nanomembranas e que será beneficiado por quantidades de NPK e outros micronutrientes, em dosagens especificas até se tornar um fertilizante adequado a lavouras em geral. Após a retirada da matéria orgânica e outros elementos contidos no efluente e adequando-o a filtragem por sistemas de membranas, desenvolvem-se duas linhas de efluentes: Permeado -Efluente composto apenas de H2O, totalmente isento de sais e de outros elementos e próprio para ser reaproveitado nos processos industriais e, o Concentrado - Linha do efluente carregado de sais concentrado o qual servirá de base para a confecção do fertilizante. Os principais materiais utilizados para este beneficiamento serão as comodities disponíveis no mercado: Ureia, Nitrato de Amônio, entre outras fontes para obtenção de N, e fontes de alta e baixa solubilidade como no caso de P2O5, com MAP Purificado, Ácido Fosfórico e MAP Pó. As fontes de macronutrientes secundários e micronutrientes, poderão ser escolhidas de acordo com a necessidade e manejo adotado, sendo que para os Micronutrientes são recomendadas fontes solúveis, que são mais eficientes e de melhor compatibilidade com os materiais a serem utilizados. O concentrado utilizado pela presente invenção encontra-se totalmente adequado a ser depositado no solo pois apresenta o DQO menor que 60 mg/l, ao contrário da vinhaça bruta que apresenta um DQO de aproximadamente 35.000 mg/l, não possuindo mais nenhum poder poluente e incorporado aos processos de fertilização normal do campo, sem restrições especiais dos órgãos ambientais. Além disso, o concentrado beneficiado obtido após o tratamento da vinhaça por membrana proporciona a obtenção de um fertilizante que pode ser utilizado de forma otimizada e inteligente adequando-se ao conceito emergente de SMART FARMING e sendo aplicado segundo tecnologias de AGRICULTURA DE PRECISÃO.

Description

FERTILIZANTE RESULTANTE DO TRATAMENTO DE REJEITOS DA AGROINDUSTRIA PELO APROVEITAMENTO DA LINHA DE REJEITO DE NANOMEMBRANAS

INTRODUÇÃO

01. Esta invenção descreve o desenvolvimento de um fertilizante extraído do processo de concentração por membranas do tratamento de resíduos líquidos da agroindústria, por membranas e que será beneficiado por quantidades de NPK e outros micronutrientes, em dosagens especificas até se tornar um fertilizante adequado a lavouras em geral.

02. Após a retirada da matéria orgânica e outros elementos contidos no efluente e adequando-o a filtragem por sistemas de membranas, desenvolvem-se duas linhas de efluentes:
Linha 1 - Permeado - Efluente composto apenas de H2O, totalmente isento de sais e de outros elementos e próprio para ser reaproveitado nos processos industriais.
Linha 2 - Rejeito - Linha do efluente carregado de sais concentrado oriundos do processo.

03. A presente invenção possui a característica de produzir um fertilizante renovável obtido através do tratamento integral da vinhaça, de forma gera um concentrado puro contendo apenas sais, sem outros elementos contaminantes. A partir desta linha de rejeito, que normalmente é considerada um problema na produção de água de reuso por nanomembranas, é preparado um fertilizante líquido e estocável que pode ser beneficiado de forma customizada para cada tipo de lavoura, levando-se em conta a variabilidade espacial e temporal da mesma e que pode ser aplicada dento das premissas da agricultura de precisão.

04. Deste modo, a invenção proporciona o reuso de resíduos da produção que poderá ser reutilizado na preservação do meio ambiente, eliminando contaminações de solo e água nas áreas produtivas; um incremente nas receitas oriundas do processo de tratamento de efluente e reuso de água e o aumento da produtividade no campo.

05. Os principais materiais utilizados para este beneficiamento serão as comodities disponíveis no mercado: Ureia, Nitrato de Amônio, entre outras fontes para obtenção de N, e fontes de alta e baixa solubilidade como no caso de P2O5, com MAP Purificado, Ácido Fosfórico e MAP Pó. As fontes de macronutrientes secundários e micronutrientes, poderão ser escolhidas de acordo com a necessidade e manejo adotado, sendo que para os Micronutrientes são recomendadas fontes solúveis, que são mais eficientes e de melhor compatibilidade com os materiais a serem utilizados.

06. Várias indústrias agrícolas possuem a característica de produzir efluentes que normalmente são descartados no meio ambiente sem nenhum tratamento, por exemplo, nas usinas sucroenergéticas onde cada tonelada de cana moída é gerada 0,4 a 0,9 m3 de vinhaça, ou ainda, para cada 1L de etanol é gerado 10 a 12L de vinhaça. Este material é rico em nutrientes e material orgânico, o que proporciona a sua aplicação como fonte de nutrientes. o nutriente em maior concentração é o potássio, o qual também é demandado em grande quantidade pela cultura. Sendo assim, sua distribuição está em função do volume gerado e a concentração de potássio existente. O mesmo ocorre com a indústria de sucos de frutas ou de laticínios, por exemplo.

07. A aplicação através do beneficiamento do rejeito, portanto, elimina totalmente os patógenos e os elementos poluentes sendo este um fertilizante que será incorporado aos processos de fertilização normal do campo, sem restrições especiais dos órgãos ambientais.

ESTADO DA TÉCNICA

08. Os estudos relativos ao reuso de efluentes por nanomembranas se concentram na utilização da linha de permeado advindo das plantas de dessalinização e do tratamento dos efluentes em geral. Na indústria de laticínios avaliou-se o uso de MBR e nanofiltração na remoção de matéria orgânica e cor junto ao efluente e constatou-se que existe viabilidade no reuso do permeado do processo, porém não foi mencionado o descarte do rejeito do processo. (Andrade, Mendes, Espindola, & Amaral, 2015).

09. A reciclagem desses efluentes é possível, utilizando-se tecnologias como a apresentada na patente PI 1100736-2 desenvolvida por mim. Neste processo, o efluente passa por um processo de biodigestão, seguido por um processo de tratamento por nanomembranas. O efluente da agroindústria fornece geralmente água e nutrientes, como os macronutrientes primários (N, P e K) e outros como macronutrientes secundários (Ca, Mg e S) e micronutrientes (Zn, Fe, Cu, Cl, Bo, Mn e Mo).

10. Outros processos de beneficiamento do efluente industrial para fins de fertilização que encontramos são os seguintes:

11. O documento C1 0801794-8 E2 incorpora também a vinhaça, efluente da indústria sucroalcoleira, a torta de filtro e ainda cinzas de caldeira obtidas da queima de bagaço ou palhiço de cana de açúcar. Neste caso, a vinhaça é incorporada em forma bruta, sem nenhuma pré adequação.

12. O documento BR102014015859A2 refere-se a presente invenção a um processo caracterizado pela impregnação, a vácuo de composto orgânico, com solução saturada de sais e/ou outros elementos nutrientes; o composto orgânico, neste processo, mantém a sua estrutura natural original, de elevada porosidade e superficie específica; isto qualifica o produto como condicionador de solo, em adição a sua função fertilizante; a maior rentabilidade do presente processo leva a uma maior economicidade dos recursos possibilitando a produção de fertilizante com maior homogeneidade e eficiência a custos menores, o que representa uma contribuição para a viabilização do estabelecimento de uma agricultura sustentável.

13. O pedido internacional WO 2017/132742 Al descreve a invenção de um processo para produção de fertilizante organomineral com capacidade de retenção de água a partir da carbonização hidrotérmica da vinhaça e do bagaço de cana no qual é empregado um catalisador ácido, preferentemente ácido fosfórico, em um processo de carbonização hidrotérmica, muito diferente deste processo.

METODO DE CONFECÇÃO DO FERTILIZANTE

14. O fertilizante é totalmente customizado, tomando-se como base as necessidades da cultura ao qual se está querendo aplicar o fertilizante. O primeiro passo é avaliar-se as necessidades nutricionais da cultura a qual se pretende aplicar o fertilizante. No caso da cana de açúcar, as exigências nutricionais da planta são as seguintes:

Tabela 1 Exigências nutricionais da cana de açúcar

15. O processo de adubação é diferente para as diferentes etapas da plantação. Assim sendo, avalia-se desta forma:
a) Adubação de Plantio:

*Em solos com teor de P resina ≤ 15 mg/dm3, alem da adubação citada, realizar a prática de fosfatagem;
**Antes do fechamento do Canavial, na operação de quebra-lombo
Fonte Vitti, Otto e Ferreira (2015)
tabela 2 Adubação de plantio
b) Adubação de Soqueira:

Fonte Vitti, Otto e Ferreira (2015)
tabela 3 Adubação de soqueira

AVALIAÇÃO DO CONCENTRADO

16. Como já foi dito, as tecnologias de separação por membranas (Microfiltração, Ultrafiltração, Nanofiltração e Osmose Reversa) têm como característica inerente do processo, a geração de uma corrente de água purificada, o permeado, e de outra corrente contendo os sólidos retidos, o concentrado.

17. A presente invenção trata-se da adequação do concentrado que sai do processo de tratamento de efluentes industriais através de membranas para fins de produção de fertilizante para qualquer cultura. Após a seu tratamento por biodigestão e digestão aeróbia, seguida de concentração por membrana ocorre uma retirada da matéria orgânica. Os sais contidos no efluente, oriundo dos processos de industrialização dos produtos agrícolas e alguns metais ficam então retidos na linha de concentrado que sai das membranas, conforme pode-se ver no exemplo de balanço de massas da vinhaça (figura 4). A avaliação do resto do concentrado se dá por processo mecânico de filtragem e a avaliação é feita por retenção dos elementos de acordo com o diâmetro de suas moléculas. Com a retirada da água do efluente, haverá a concentração de sais em 30% e a retirada de outros elementos retidos ou transformados no processo.

18. A composição da vinhaça na entrada do reator e a composição do efluente ao final do processo encontrados, na forma de concentrado são as seguintes:

Tabela 4 Resultados do processo de tratamento da vinhaça

PRODUÇÃO DO FERTILIZANTE

19. A presente patente será feita tendo em vista a aplicação do fertilizante na lavoura de cana, porem este método pode se estender a qualquer lavoura. No caso da aplicação em lavoura de cana e, considerando que, a aplicação é feita, em sua maior parte, via soqueira, e a produtividade média é de 80 a 100 t/ha, a quantidade necessária de K2O será de 100kg/há (valores retirados tabela extração). A concentração de K2O costuma ser em média 2,6 kg/m3 podendo variar ainda até 3,4 kg/m3. Esta quantidade de Potássio equivale ao que se encontra em 167 kg de KCl, que é a forma como o Potássio é comercializado no mercado. Para efeito de cálculos levando-se em conta que a vinhaça produzida corresponde a moagem de 0,40 a 0,55 m3/t de cana, temos que 100 t de cana produzem 39 m3 de vinhaça in natura e portanto, teremos após a concentração, 11,5 m3 de concentrado contendo 100 kg de K2O ou 167 kg de KCl.

20. Desta maneira, podemos concluir os seguintes dados para a aplicação da vinhaça, em relação ao potássio contido:

Tabela 5 Quantidade de vinhaça aplicável por hectare

21. Se for calculado conforme a sua correspondência em Cloreto de Potássio (KCl)

Figura 6 quantidade de potássio

22. Deve ser considerado o concentrado como veículo ou base para a fabricação de fertilizantes, tendo em vista a estabilidade da solução, esta passa a ser de alto valor. A produção de fertilizantes para atendimento da demanda da cana de açúcar pode ocorrer: - Solução concentrada e solução pronto uso.

23. A) Solução concentrada- Mesmo após passar pela concentração e ter o volume de manejo reduzido em 70%, o volume necessário para aplicação diária para atender a toda a área, ainda é grande. Sendo assim, o preparo de uma solução com alta concentração NPK ou ainda combinada com micros pode ser considera, pois podem ser preparadas em grandes volumes e armazenadas.

24. A unidade pode realizar as formulações dos materiais a serem injetados no concentrado, com a própria solução, fração do volume total, para diluição dos fertilizantes sólidos. Os principais materiais utilizados serão as comodities disponíveis no mercado, Ureia, Nitrato de Amônio, entre outras fontes para obtenção de N, e fontes de alta e baixa solubilidade como no caso de P2O5, com MAP Purificado, Ácido Fosfórico e MAP Pó, as fontes de Magnésio e Enxofre poderão ser escolhidas de acordo com a necessidade e manejo adotado e para os Micronutrientes deverão ser utilizadas fontes solúveis, que são mais eficientes e de melhor compatibilidade com os materiais a serem utilizados.

25. Exemplo de preparo:

26. Formulação de Fertilizante: Ureia +MAP + Concentrado

Tabela 7 Relação da produtividade com a quantidade de nutrientes

Tabela 6 Formulação de fertilizante

27. A aplicação segue com a concentração de solução calculada em função conforme demonstrado anteriormente, 11,5m3/ha, onde se terá a concentração desejada de potássio (100 K2O kg/ha) mais a solução concentrada preparada, que aplicando 500kg/ha tem-se as concentrações 25kgP2O5/ha e 100kgN/ha.

28. O mesmo raciocínio pode ser seguido para o cálculo dos micronutrientes, sendo que este, apesar do valor conhecido da extração da cultura segue mais especificamente o manejo de cada unidade. Neste modelo, aproximadamente 70 a 80 mil litros de produtos devem ser manipulados por dia para que toda a área seja adubada.

29. B) Solução pronto uso - Em alguns manejos poderão ser realizados com aplicação do adubo formulado, sólido ou líquido, combinado ou não com outros produtos químicos. O grande potencial deste produto está em sua flexibilidade de preparo, tornando a agricultura de precisão totalmente viável, bem como sua viabilidade de armazenamento. Outras óticas de preparo podem ser consideras, utilizando-se deste concentrado para preparo de outros fertilizantes para aplicação no ciclo da cana, mesmo que ocorra via foliar, ou ainda, produção de fertilizantes para outras culturas ou parceiros de negócio.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO ATRAVÉS DA FIGURA

30. O processo de preparação do fertilizante descrito na presente invenção decorre do aproveitamento do concentrado que resulta do processo de filtragem por membrana (C) instalado após um sistema de pré tratamento da vinhaça (a), adequando-a aos parâmetros exigidos pelas membranas.

31. O fluxo do efluente é processado por membranas de ultrafiltração, osmose reversa e/ou de nano filtração (c). Deste fluxo de entrada, a alimentação (b), teremos duas correntes de saída, o concentrado (f) e o permeado (d) sendo o concentrado a parte da alimentação que não atravessa a membrana e o permeado é a parte da alimentação que a atravessa. Como a membrana retém parte do soluto, a corrente do concentrado é rica em soluto, enquanto a de permeado é constituída por solvente puro ou quase puro. No caso da vinhaça, o solvente se constitui de água (H2O).

32. O permeado será armazenado em tanques (e) e direcionado aos processos industriais da usina, podendo ser aplicado em fins mais nobres, tais como as caldeiras ou qualquer outro processo que precise de água de qualidade.

33. O fluxo do concentrado (f) seguirá para o processo de beneficiamento aonde será considerado como veículo de base para a manufatura de um fertilizante customizado para aplicação em qualquer lavoura. Este fluxo, composto de diversos elementos e cujo seu maior componente é Potássio na forma de K2O, será captado em um tanque aonde estão instalados misturadores (K).

34. A este tanque estarão sendo introduzidos fluxos controlados por dosadores (j) vindos de containers para o beneficiamento do fertilizante final. Esses containers terão em seus interiores e agregarão os macronutrientes N e P e também, os micronutrientes desejados. O número de containers será calculado de acordo com os produtos (fórmulas) e quantidades utilizadas que vão variar de acordo com a área de aplicação e volume de Fertilizante (Formulação Macros e Micros) a ser utilizado por dia. A demanda de produção diária vai variar de acordo com a logística do Concentrado.

35. Como macronutrientes teremos no container (h) o Nitrogênio N, encontrado atualmente no mercado na forma de Ureia, Nitrato de Amônio. No container (i) o fosforo P, atualmente encontrado na forma de MAP, Acido Fosfórico.

36. Os micronutrientes poderão ser agregados a fórmula em containers adjacentes a esses.

37. Este tanque misturador (k) processará o fertilizante que, depois de pronto seguirá por um duto (i) onde será armazenado em tanques (m) e destinados a lavoura própria ou para a venda à outros produtores, como um fertilizante normal.

Claims

Este modelo de invenção, de acordo com a reivindicação (1) é caracterizado por desenvolvimento de um fertilizante customizado para aplicação em qualquer lavoura tendo como base a linha de concentrado derivado das membranas utilizadas em tratamento de vinhaça tendo em vista a estabilidade da solução, esta passa a ser de alto valor e será beneficiado por quantidades de NPK e outros micronutrientes, em dosagens especificas até se tornar um fertilizante adequado a lavoura.
Este modelo de invenção, de acordo com a reivindicação (2) é caracterizado por produção de fertilizantes para atendimento da demanda da lavoura a batelada, através de solução concentrada com formulações dos materiais a serem injetados no concentrado, com a própria solução, fração do volume total, para diluição dos fertilizantes sólidos podendo ser as comodities disponíveis no mercado, Ureia, Nitrato de Amônio, entre outras fontes para obtenção de N, e fontes de alta e baixa solubilidade como no caso de P2O5, com MAP Purificado, Ácido Fosfórico e MAP Pó, as fontes de Magnésio e Enxofre poderão ser escolhidas de acordo com a necessidade e manejo adotado e para os Micronutrientes deverão ser utilizadas fontes solúveis, que são mais eficientes e de melhor compatibilidade com os materiais a serem utilizados.
Este modelo de invenção, de acordo com a reivindicação (3) é caracterizado por produção de fertilizantes para atendimento da demanda da lavoura através de solução de pronto uso que será produzido em linha com a aplicação no campo do adubo formulado, combinado ou não com outros produtos químicos e cujas óticas de preparo podem ser consideras, como o preparo de outros fertilizantes para aplicação no ciclo da cana, mesmo que ocorra via foliar, ou ainda, produção de fertilizantes para outras culturas ou parceiros de negócio.
Este modelo de invenção, de acordo com a reivindicação (4) é caracterizado por instalação de tanques compostos por agitadores de efluente anexados a containers contendo os macronutrientes N e P e também, os micronutrientes desejados e cujos fluxos são controlados por dosadores de acordo com os produtos (fórmulas) e quantidades utilizadas que vão variar de acordo com a área de aplicação e volume de Fertilizante (Formulação Macros e Micros) a ser utilizado por dia e cuja demanda de produção diária vai variar de acordo com a logística do Concentrado.