BR102022020658A2 - PROCESS FOR SOLID-LIQUID SEPARATION IN BIOGAS PRODUCTION PLANT - Google Patents
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Abstract
A presente invengao descreve um processo de separagao solido-liquido em planta de produgao de biogas a partir da combinagao de diferentes tipos de filtros, de forma a obterse porgao liquida com teor adequado de solidos para eficiente reinicio da biodigestao e possibilidade de redugao significativa do Tempo de Retengao Hidraulica em biodigestores. Adicionalmente , a presente invengao permite a obtengao de material solido com caracteristicas fertilizantes mais vantajosas que as encontradas no estado da tecnica.The present invention describes a solid-liquid separation process in a biogas production plant from the combination of different types of filters, in order to obtain a liquid portion with an adequate solids content for efficient restart of biodigestion and the possibility of significantly reducing time. of Hydraulic Retention in biodigesters. Additionally, the present invention allows the obtaining of solid material with more advantageous fertilizer characteristics than those found in the prior art.
Description
[001] A presente invenção descreve um processo de separação de sólidos em planta de produção de biogás de forma a obter-se porção liquida com teor adequado de sólidos para eficiente reinicio da biodigestão.[001] The present invention describes a solids separation process in a biogas production plant in order to obtain a liquid portion with an adequate solids content for efficient restart of biodigestion.
[002] A presente invenção tem aplicação em plantas industriais para produção de biogás.[002] The present invention has application in industrial plants for the production of biogas.
[003] A presente invenção descreve um processo de filtração do digestato, ou seja, efluente resultante no biodigestor após processo de produção de biogás e cujo correto direcionamento mostra-se um grande desafio em plantas de produção de biogás.[003] The present invention describes a digestate filtration process, that is, the effluent resulting in the biodigester after the biogas production process and whose correct direction is a major challenge in biogas production plants.
[004] Biogás é um combustível formado a partir da gaseificação de material orgânico, por meio de sua biodigestão a qual se dá por contato de tal material com bactérias decompositoras. Nesse contexto, as principais fontes para produção de biogás são material lignocelulósico residual, efluentes industriais, tais como provenientes de frigoríficos, ou de industrias alimentícias, entre outras, esgoto urbano e doméstico e águas residuais de processos industriais.[004] Biogas is a fuel formed from the gasification of organic material, through its biodigestion which occurs through contact of such material with decomposing bacteria. In this context, the main sources for biogas production are residual lignocellulosic material, industrial effluents, such as those from slaughterhouses or food industries, among others, urban and domestic sewage and wastewater from industrial processes.
[005] O descarte de material orgânico no meio ambiente sem tratamento apropriado leva ao aumento da poluição atmosférica pela ampliação da liberação de gases de efeito estufa, além de promover outros impactos nocivos ao meio ambiente, como favorecer o surgimento de agentes patogênicos que podem ser prejudiciais à saúde.[005] The disposal of organic material into the environment without appropriate treatment leads to an increase in atmospheric pollution due to the increase in the release of greenhouse gases, in addition to promoting other harmful impacts on the environment, such as favoring the emergence of pathogenic agents that can be harmful to health.
[006] Assim, a mesma preocupação relativa ao material orgânico pode ser aplicada ao digestato, já que a liberação direta desse efluente no meio ambiente pode causar assoreamento de rios ou lagos, além de desperdiçar nutrientes relevantes que ainda permanecem no material, mesmo após ele ter sido submetido a um processo de fermentação.[006] Thus, the same concern regarding organic material can be applied to digestate, since the direct release of this effluent into the environment can cause silting in rivers or lakes, in addition to wasting relevant nutrients that still remain in the material, even after it have been subjected to a fermentation process.
[007] Nesse contexto, diversos documentos compreendidos no estado da técnica demonstram a busca pelo correto direcionamento do digestato, além da busca pelo máximo aproveitamento possível de tal material.[007] In this context, several documents included in the state of the art demonstrate the search for the correct direction of the digestate, in addition to the search for the maximum possible use of such material.
[008] O documento US4632692, por exemplo, descreve um processo para o tratamento simultâneo de residues orgânicos sólidos ou semi-sólidos e residues orgânicos liquidos com vistas à produção simultânea de composto sólido fertilizante e biogás. Em tal processo, o residue orgânico liquido é submetido a uma separação liquido-sólido, enquanto a fase liquida desta separação é submetida à fermentação anaeróbica em biodigestor. A fase sólida da referida separação, por sua vez, é misturada com o residuo orgânico sólido ou semi- sólido, sendo, então, submetida à fermentação aeróbia.[008] Document US4632692, for example, describes a process for the simultaneous treatment of solid or semi-solid organic waste and liquid organic waste with a view to the simultaneous production of solid fertilizer compound and biogas. In such a process, the liquid organic waste is subjected to a liquid-solid separation, while the liquid phase of this separation is subjected to anaerobic fermentation in a biodigester. The solid phase from said separation, in turn, is mixed with the solid or semi-solid organic residue, and is then subjected to aerobic fermentation.
[009] A tecnologia descrita na presente invenção, por sua vez, descreve um processo para separação do material orgânico que já passou por processo de fermentação em biodigestor, permitindo a obtenção de material sólido e material liquido. O material liquido apresenta teor de microrganismos adequada para que possa ser funcionar como inoculador de um segundo biodigestor, reduzindo o tempo de propagação das bactérias biodigestoras e, também, reduzindo significativamente o tempo de degradação do material orgânico no processo de biodigestão dentro dos tanques.[009] The technology described in the present invention, in turn, describes a process for separating organic material that has already undergone a fermentation process in a biodigester, allowing the obtaining of solid material and liquid material. The liquid material has an adequate content of microorganisms so that it can function as an inoculator for a second biodigester, reducing the propagation time of biodigester bacteria and, also, significantly reducing the degradation time of organic material in the biodigestion process inside the tanks.
[010] Adicionalmente, a presente invenção, vantajosamente permite também a obtenção de material sólido rico em nutrientes e com adequado teor de umidade para poder ser utilizado como fertilizante em lavouras.[010] Additionally, the present invention also advantageously allows the obtaining of solid material rich in nutrients and with adequate moisture content to be used as fertilizer in crops.
[011] O documento EP2072615A2, por sua vez, descreve um processo e aparato para conversão de residuo da produção de etanol, mais especificamente vinhaça, em biogás, sendo que, para isso, utiliza uma unidade de separação de vinhaça, na qual obtém-se vinhaça com dois diferentes teores de sólidos, um mais concentrado e um menos concentrado. Após essa separação, a porção com baixo teor de sólidos é encaminhada para um biodigestor especifico para fermentação de material com baixo teor de sólidos, enquanto a porção com alto teor de sólidos é encaminhada para biodigestor que realiza biodigestão de material com alto teor de sólidos para produção de biogás.[011] Document EP2072615A2, in turn, describes a process and apparatus for converting residue from ethanol production, more specifically vinasse, into biogas, and for this purpose, it uses a vinasse separation unit, in which it is obtained. vinasse with two different solids contents, one more concentrated and one less concentrated. After this separation, the portion with a low solids content is sent to a specific biodigester for fermentation of material with a low solids content, while the portion with a high solids content is sent to a biodigester that biodiges material with a high solids content for biogas production.
[012] A presente invenção, entretanto, apesar de também poder utilizar residues agroindustriais, inclusive residues derivados da produção de etanol, vantajosamente, permite a utilização tanto de vinhaça, quanto de bagaço, torta de filtro, palha, entre outros tipos de residues. Além disso, a presente invenção permite não apenas a obtenção de residuo liquido com adequado teor de sólidos, de forma a facilitar seu uso de modo eficiente em outros biodigestores, permite também a obtenção de material sólido que pode ser usado como fertilizantes, ou seja, permite a geração de um produto adicional em um mesmo processo.[012] The present invention, however, although it can also use agro-industrial residues, including residues derived from ethanol production, advantageously allows the use of both vinasse and bagasse, filter cake, straw, among other types of residues. Furthermore, the present invention not only allows the obtaining of liquid waste with an adequate solid content, in order to facilitate its efficient use in other biodigesters, it also allows the obtaining of solid material that can be used as fertilizers, i.e. allows the generation of an additional product in the same process.
[013] As vantagens atingidas pela presente invenção derivam, principalmente, da combinação de diferentes tipos de filtros que permitem a filtragem do digestato em duas etapas, obtendo-se, assim, dois produtos com ampliada qualidade frente aos obtidos nos processos já existentes no estado da técnica.[013] The advantages achieved by the present invention derive mainly from the combination of different types of filters that allow the filtration of digestate in two stages, thus obtaining two products with increased quality compared to those obtained in processes already existing in the state of the technique.
[014] Adicionalmente, a tecnologia apresentada em EP2610222B1 descreve um método de tratamento de material residual orgânico em forma liquida, a partir da submissão de tal material a uma primeira etapa de separação sólido/liquido, a qual resulta em uma fração clarificada e uma fração concentrada. A fração concentrada é submetida à fermentação anaeróbica em um biodigestor, resultando em um primeiro digestato. Esse digestato é, então, misturado à fração clarificada e novamente submetido à fermentação anaeróbica, resultando um segundo digestato, o qual, por sua vez, é submetido a um processo de ultrafiltração e osmose reversa.[014] Additionally, the technology presented in EP2610222B1 describes a method of treating organic waste material in liquid form, by subjecting such material to a first stage of solid/liquid separation, which results in a clarified fraction and a concentrated. The concentrated fraction is subjected to anaerobic fermentation in a biodigester, resulting in a first digestate. This digestate is then mixed with the clarified fraction and again subjected to anaerobic fermentation, resulting in a second digestate, which, in turn, is subjected to an ultrafiltration and reverse osmosis process.
[015] Salientamos, assim, que a presente invenção aplica-se preferencialmente a residues agroindustriais, como torta de filtro, bagaço, palha e vinhaça e que o processo de separação apresentado na presente invenção caracteriza forma ótima de alcance de produtos derivados de digestato obtido a partir de tais matérias-primas.[015] We therefore emphasize that the present invention applies preferably to agro-industrial residues, such as filter cake, bagasse, straw and vinasse and that the separation process presented in the present invention characterizes an optimal way of reaching products derived from digestate obtained from such raw materials.
[016] A presente invenção descreve um processo para separação de sólido-liquido em planta de produção de biogás que compreende a combinação tecnicamente vantajosa de dois equipamentos para realizar a separação sólido/liquido de produtos derivado do processo de biodigestão para geração de biogás.[016] The present invention describes a process for solid-liquid separation in a biogas production plant that comprises the technically advantageous combination of two pieces of equipment to carry out the solid/liquid separation of products derived from the biodigestion process for biogas generation.
[017] Ou seja, a presente invenção descreve a combinação de dois diferentes tipos de filtros que permitem, a separação de porção sólida e liquida do digestato resultante da biodigestão. De acordo com a presente invenção, são combinados dois tipos de filtros, sendo eles, preferencialmente, filtros do tipo prensa e do tipo decantador rotativo sem, entretanto, limitar-se a eles.[017] In other words, the present invention describes the combination of two different types of filters that allow the separation of the solid and liquid portion of the digestate resulting from biodigestion. According to the present invention, two types of filters are combined, preferably press-type and rotary decanter-type filters without, however, being limited to them.
[018] Mais especificamente, o primeiro filtro do processo é o do tipo prensa, o qual permite que seja feita uma primeira separação de sólidos e líquidos do digestato, retendo-se, principalmente, o material sólido fibroso e gerando-se uma corrente de material orgânico líquido.[018] More specifically, the first filter in the process is the press type, which allows a first separation of solids and liquids from the digestate to be made, retaining mainly the fibrous solid material and generating a stream of liquid organic material.
[019] Em seguida, essa porção de material líquido obtido na primeira filtração é direcionada para o filtro do tipo decantador rotativo, o qual intensifica a separação da porção líquida de outros materiais sólidos de volume reduzido em relação ao material retido no primeiro filtro e que ainda podem estar compreendidos nessa corrente líquida, como, por exemplo, pedra e areia, entre outros.[019] Then, this portion of liquid material obtained in the first filtration is directed to the rotary decanter type filter, which intensifies the separation of the liquid portion from other solid materials of reduced volume in relation to the material retained in the first filter and which can still be included in this liquid current, such as, for example, stone and sand, among others.
[020] Tal direcionamento da porção líquida obtida é relevante pois, o processo de separação descrito na presente invenção possibilita a obtenção de material com quantidade significativa de microrganismos fermentadores.[020] Such direction of the liquid portion obtained is relevant because the separation process described in the present invention makes it possible to obtain material with a significant amount of fermenting microorganisms.
[021] Dessa forma, o aproveitamento de tal corrente para inoculação de novos tanques de biodigestão permite redução redução significativa no tempo de degradação do material orgânico, também chamado Tempo de Retenção Hidráulico (TRH), pelo incremento de microrganismos no processo, acelerando, portanto, o processo de biodigestão e geração de biogás nesse novo tanque e, assim, tornando o processo de geração industrial mais eficiente.[021] In this way, the use of such a current to inoculate new biodigestion tanks allows a significant reduction in the degradation time of organic material, also called Hydraulic Retention Time (TRH), due to the increase of microorganisms in the process, therefore accelerating , the biodigestion process and biogas generation in this new tank and, thus, making the industrial generation process more efficient.
[022] Em uma modalidade da presente invenção, por exemplo, os biodigestores que serão abastecidos com a porção liquida obtida do processo de separação sólido-liquido, são capazes de produzir biogás a partir de matéria orgânica liquida derivada de residue agroindustrial, preferencialmente vinhaça, sem, entretanto, limitar-se a esse tipo de biomassa.[022] In one embodiment of the present invention, for example, the biodigesters that will be supplied with the liquid portion obtained from the solid-liquid separation process, are capable of producing biogas from liquid organic matter derived from agro-industrial residue, preferably vinasse, without, however, being limited to this type of biomass.
[023] Por sua vez, a porção sólida do material, que é filtrado no primeiro filtro do tipo prensa, é dispensada em uma moega, e posteriormente misturada à segunda porção sólida que é obtida após segunda filtração do digestato em filtro do tipo decantador rotativo, formando um material sólido único.[023] In turn, the solid portion of the material, which is filtered in the first press-type filter, is dispensed into a hopper, and subsequently mixed with the second solid portion, which is obtained after a second filtration of the digestate in a rotary decanter-type filter. , forming a single solid material.
[024] Dessa forma, salienta-se que a presente invenção descreve que a primeira porção sólida de material filtrado apresenta característica majoritariamente fibrosa e que o material sólido obtido após a segunda filtração apresenta consistência majoritariamente argilosa. Tais materiais são, então, misturados e devolvidos ao campo sendo utilizados como fertilizante de forma mais vantajosa do que a forma comumente utilizada no estado da técnica.[024] Therefore, it should be noted that the present invention describes that the first solid portion of filtered material has a mostly fibrous characteristic and that the solid material obtained after the second filtration has a mostly clayey consistency. Such materials are then mixed and returned to the field being used as fertilizer in a more advantageous way than the way commonly used in the prior art.
[025] Adicionalmente, a presente invenção aplica-se à geração de biogás preferencialmente a partir de residue agroindustrial, preferencialmente, a partir de rejeito da indústria sucroalcooleira como vinhaça, torta de filtro, palha, bagaço de cana, residues derivados de cana-energia, resíduo incubatório, borra frigorifica, e/ou matéria-prima líquida, sem, entretanto, limitar-se a tais matérias-primas.[025] Additionally, the present invention applies to the generation of biogas preferably from agro-industrial residue, preferably from waste from the sugar and alcohol industry such as vinasse, filter cake, straw, sugarcane bagasse, residues derived from sugarcane-energy , hatchery residue, refrigeration sludge, and/or liquid raw material, without, however, being limited to such raw materials.
[026] A Figura 1 apresenta visão superior de instalação dos equipamentos utilizados no processo de dupla filtragem descrito na presente invenção. Mais especificamente, observa-se em (1) Filtro; (2) Base do filtro; (3) Saída da primeira porção líquida; (4) Saída da primeira poção sólida; (5) Projeção da moega; (6) Base do decantador rotativo; (7) Saída da segunda porção sólida; (8) Decantador rotativo; (9) Saída da segunda porção líquida.[026] Figure 1 shows a top view of the installation of the equipment used in the double filtration process described in the present invention. More specifically, it is observed in (1) Filter; (2) Filter base; (3) Output of the first liquid portion; (4) Output of the first solid potion; (5) Hopper projection; (6) Rotary decanter base; (7) Exit of the second solid portion; (8) Rotary decanter; (9) Output of the second liquid portion.
[027] A Figura 2 nos mostra a porção lateral da plataforma elevada na qual são instalados os equipamentos para realização das duas etapas de filtragem e separação sólido-líquido do digestato. Nessa Figura, observa-se em detalhes: (10) Tanque; (11) Bomba da segunda porção líquida; (12) Moega; (13) Balança; e (14) Telha metálica.[027] Figure 2 shows the side portion of the elevated platform on which the equipment is installed to carry out the two stages of filtration and solid-liquid separation of the digestate. In this Figure, you can see in detail: (10) Tank; (11) Second liquid portion pump; (12) Moega; (13) Scales; and (14) Metal tile.
[028] Na Figura 3, é possível observarmos em (A) material fibroso retido após a primeira etapa de filtragem; (B) material argiloso obtido após a segunda etapa de filtragem e (C) Material líquido com teor de sólidos máximo de 10% e que pode ser utilizado para abastecimento de biodigestores para iniciar ou acelerar eficientemente processo de biodigestão.[028] In Figure 3, it is possible to observe in (A) fibrous material retained after the first filtering stage; (B) clayey material obtained after the second filtration stage and (C) Liquid material with a maximum solids content of 10% and which can be used to supply biodigesters to efficiently initiate or accelerate the biodigestion process.
[029] A Figura 4 nos mostra uma plataforma elevada na qual são instalados os equipamentos de filtragem.[029] Figure 4 shows us an elevated platform on which filtration equipment is installed.
[030] Na Figura 5 é possível verificarmos tanques para armazenamento da porção líquida obtida após a filtragem, e para posterior direcionamento para biodigestores, preferencialmente horizontais.[030] In Figure 5, it is possible to see tanks for storing the liquid portion obtained after filtration, and for subsequent directing to biodigesters, preferably horizontal.
[031] Na Figura 6,observam-se os resultados relativos à quantidade de Nitrogênio (N) foliar nas amostras presentes em solo arenoso que foram suplementadas com o material orgânico obtido do processo de separação e já seco, mais de que em outras condições.[031] In Figure 6, the results regarding the amount of Nitrogen (N) in leaves are observed in the samples present in sandy soil that were supplemented with the organic material obtained from the separation process and already dry, more than in other conditions.
[032] Por sua vez, na Figura 7, vemos comparação do teor de Zinco (Zn) presente nas folhas de plantas em solo arenoso, observamos que houve incremento de Zinco (Zn) tanto naquelas que foram suplementadas com material orgânico obtido do processo de separação e seco (3) e também nos vasos que foram suplementados com material orgânico obtido do processo de separação in natura (6).[032] In turn, in Figure 7, we see a comparison of the Zinc (Zn) content present in the leaves of plants in sandy soil, we observed that there was an increase in Zinc (Zn) both in those that were supplemented with organic material obtained from the process of separation and dry (3) and also in the vessels that were supplemented with organic material obtained from the in natura separation process (6).
[033] Na Figura 8, observamos que ao analisarmos a massa seca de raiz em solo argiloso, houve incremento em tal quantidade de massa nas amostras que foram suplementadas com material orgânico obtido do processo de separação e seco (3) e também nos vasos que foram suplementados com material orgânico obtido do processo de separação in natura (6).[033] In Figure 8, we observed that when analyzing the root dry mass in clayey soil, there was an increase in such amount of mass in the samples that were supplemented with organic material obtained from the dry separation process (3) and also in the pots that were supplemented with organic material obtained from the in natura separation process (6).
[034] A Figura 9, por sua vez, compara a produtividade de massa seca aérea no material orgânico obtido do processo de separação in natura (6) e na torta de filtro compostada (1) e mostra que em (6) há 16% de aumento em solo arenoso e 19% em solo argiloso.[034] Figure 9, in turn, compares the aerial dry mass productivity in organic material obtained from the in natura separation process (6) and in the composted filter cake (1) and shows that in (6) there is 16% increase in sandy soil and 19% in clay soil.
[035] A Figura 10 nos mostra o abastecimento do biodigestor, sendo possivel, portanto, vermos que o volume da corrente liquida que compreende quantidade significativa de microrganismos para iniciar ou acelerar o processo de biodigestão teve seu volume mantido regular.[035] Figure 10 shows us the supply of the biodigester, and it is therefore possible to see that the volume of the liquid stream that comprises a significant amount of microorganisms to start or accelerate the biodigestion process had its volume maintained regularly.
[036] Na Figura 11, observamos que ao longo de um mês em que a produção de biogás foi abastecida com 10 m3/h houve produção de biogás acima da meta esperada e, até mesmo comportada pelo biodigestor, permitindo que, dessa forma, o rendimento processual se mantenha elevado ao longo do tempo, permitindo, portanto, a manutenção da eficiência de maneira processual continua. Adicionalmente, a Figura nos mostra três pontos de queda na produção ocorridas devido à irregularidade operacional ocorrida em planta industrial, sem relação com processo descrito na presente invenção. É relevante salientar-se, entretanto, que a conversão de biogás foi retomada rapidamente.[036] In Figure 11, we observe that over the course of a month in which biogas production was supplied with 10 m3/h, there was biogas production above the expected target and even supported by the biodigester, thus allowing the procedural yield remains high over time, therefore allowing continued procedural efficiency to be maintained. Additionally, the Figure shows three points of drop in production that occurred due to operational irregularities that occurred in an industrial plant, unrelated to the process described in the present invention. It is important to highlight, however, that biogas conversion was quickly resumed.
[037] De forma a clarificar os termos citados neste documento, salienta-se que digestato refere-se a produto material sólido-liquido derivado do processo de fermentação ou biodigestão realizados nos biodigestores.[037] In order to clarify the terms mentioned in this document, it should be noted that digestate refers to a solid-liquid material product derived from the fermentation or biodigestion process carried out in biodigesters.
[038] Da mesma forma, biodigestor refere-se a todo tanque utilizado para realização de processo fermentativo de material orgânico, também chamado biodigestão, para geração de biogás.[038] Likewise, biodigester refers to any tank used to carry out the fermentation process of organic material, also called biodigestion, to generate biogas.
[039] Assim, a presente invenção descreve um processo para separação de sólido-liquido em planta de produção de biogás, bem como direcionamento dos produtos obtidos.[039] Thus, the present invention describes a process for solid-liquid separation in a biogas production plant, as well as directing the products obtained.
[040] Mais especificamente, a presente invenção descreve um processo de separação que compreende a combinação tecnicamente vantajosa de dois equipamentos para realizar a separação sólido/liquido de produtos derivado do processo de biodigestão para geração de biogás.[040] More specifically, the present invention describes a separation process that comprises the technically advantageous combination of two equipment to perform the solid/liquid separation of products derived from the biodigestion process for generating biogas.
[041] Ou seja, a presente invenção descreve a combinação de dois diferentes tipos de filtros que permitem, a separação de porção sólida e liquida do digestato resultante da biodigestão. De acordo com a presente invenção, são combinados dois tipos de filtros, sendo eles, preferencialmente, filtros do tipo prensa e do tipo decantador rotativo sem, entretanto, limitar-se a eles.[041] In other words, the present invention describes the combination of two different types of filters that allow the separation of solid and liquid portions of the digestate resulting from biodigestion. According to the present invention, two types of filters are combined, preferably press-type and rotary decanter-type filters without, however, being limited to them.
[042] Mais especificamente, o primeiro filtro do processo é o do tipo prensa, o qual permite que seja feita uma primeira separação de sólidos e liquidos do digestato, retendo-se, principalmente, o material sólido fibroso e gerando-se uma corrente de material orgânico liquido.[042] More specifically, the first filter in the process is the press type, which allows a first separation of solids and liquids from the digestate to be made, retaining mainly the solid fibrous material and generating a stream of liquid organic material.
[043] Em seguida, essa porção de material liquido obtido na primeira filtração é direcionada para o filtro do tipo decantador rotativo, o qual intensifica a separação da porção liquida de outros materiais sólidos de volume reduzido em relação ao material retido no primeiro filtro e que ainda podem estar compreendidos nessa corrente liquida, como, por exemplo, pedra e areia, entre outros.[043] Then, this portion of liquid material obtained in the first filtration is directed to the rotary decanter type filter, which intensifies the separation of the liquid portion from other solid materials of reduced volume in relation to the material retained in the first filter and which they can still be included in this liquid current, such as, for example, stone and sand, among others.
[044] É relevante salientar- se que o material obtido após a segunda filtração apresenta, em geral, teor de sólidos inferior a 10%, sendo esse o valor preferencial para abastecimento de novos tanques de geração de biogás.[044] It is important to highlight that the material obtained after the second filtration generally has a solid content of less than 10%, which is the preferred value for supplying new biogas generation tanks.
[045] Tal direcionamento da porção liquida obtida é relevante pois, o processo de separação descrito na presente invenção possibilita a obtenção de material com quantidade significativa de microrganismos fermentadores.[045] Such direction of the liquid portion obtained is relevant because the separation process described in the present invention makes it possible to obtain material with a significant amount of fermenting microorganisms.
[046] Dessa forma, o aproveitamento de tal corrente para inoculação de novos tanques de biodigestão permite redução relevante do tempo de propagação desses microrganismos, também chamado Tempo de Retenção Hidráulico (TRH), acelerando, portanto, o processo de fermentação nesse novo tanque e, assim, tornando o processo de geração industrial de biogás mais eficiente.[046] In this way, the use of such a current for inoculating new biodigestion tanks allows a significant reduction in the propagation time of these microorganisms, also called Hydraulic Retention Time (TRH), therefore accelerating the fermentation process in this new tank and , thus making the industrial biogas generation process more efficient.
[047] Em uma modalidade da presente invenção, por exemplo, os biodigestores que serão abastecidos com a porção liquida obtida do processo de separação sólido-liquido, são capazes de produzir biogás a partir de matéria orgânica liquida derivada de residuo agroindustrial, preferencialmente vinhaça, sem, entretanto, limitar-se a esse tipo de biomassa.[047] In one embodiment of the present invention, for example, the biodigesters that will be supplied with the liquid portion obtained from the solid-liquid separation process, are capable of producing biogas from liquid organic matter derived from agro-industrial waste, preferably vinasse, without, however, being limited to this type of biomass.
[048] Em tal modalidade, o material liquido obtido a partir da filtração do digestato pode ser misturado à vinhaça no abastecimento de tanques ou biodigestores, preferencialmente horizontais, para geração de biogás.[048] In this modality, the liquid material obtained from digestate filtration can be mixed with vinasse to supply tanks or biodigesters, preferably horizontal, to generate biogas.
[049] Assim, as porções liquidas, tanto a porção liquida obtida após a primeira filtração, quanto a obtida após separação pelo decantador rotativo, são transferidas por gravidade para armazenamento em tanques específicos para posterior direcionamento para inoculação de novos biodigestores.[049] Thus, the liquid portions, both the liquid portion obtained after the first filtration and that obtained after separation by the rotating decanter, are transferred by gravity for storage in specific tanks for subsequent use for inoculation of new biodigesters.
[050] Por sua vez, a porção sólida do material, que é filtrado no primeiro filtro do tipo prensa, é dispensada em uma moega, e posteriormente misturada à segunda porção sólida que é obtida após segunda filtração do digestato em filtro do tipo decantador rotativo, formando um material sólido único.[050] In turn, the solid portion of the material, which is filtered in the first press-type filter, is dispensed into a hopper, and subsequently mixed with the second solid portion, which is obtained after a second filtration of the digestate in a rotary decanter-type filter. , forming a single solid material.
[051] Dessa forma, salienta-se que a presente invenção descreve que a primeira porção sólida de material filtrado apresenta característica majoritariamente fibrosa e que o material sólido obtido após a segunda filtração apresenta consistência majoritariamente argilosa. Tais materiais são, então, misturados e devolvidos ao campo sendo utilizados como fertilizante de forma mais vantajosa do gue a forma comumente utilizada no estado da técnica.[051] Therefore, it should be noted that the present invention describes that the first solid portion of filtered material has a mostly fibrous characteristic and that the solid material obtained after the second filtration has a mostly clayey consistency. Such materials are then mixed and returned to the field and used as fertilizer in a more advantageous way than the way commonly used in the prior art.
[052] Em uma modalidade da presente invenção, são utilizados residues agroindustriais como matéria-prima para geração de biogás, preferencialmente torta de filtro ou vinhaça, sem, entretanto, limitar-se a ela.[052] In one embodiment of the present invention, agro-industrial residues are used as raw material for generating biogas, preferably filter cake or vinasse, without, however, being limited to it.
[053] Ou seja, em tal modalidade, é possivel observar- se que o material sólido obtido após a separação sólido- liquido do digestato apresenta características nutricionais favoráveis para uso como fertilizante em lavouras, quando comparado com o uso direto de tal material nas lavouras, como é possível observar-se nas Figuras de 6 a 9.[053] In other words, in such a modality, it is possible to observe that the solid material obtained after the solid-liquid separation of the digestate presents favorable nutritional characteristics for use as fertilizer in crops, when compared to the direct use of such material in crops. , as can be seen in Figures 6 to 9.
[054] Assim, de acordo com o processo descrito na presente invenção, após a separação do digestato, a porção sólida do material é armazenada e facilmente transportada por caminhões, enquanto a corrente líquida pode ser transportada por tubulação ou canais até tanques específicos de armazenamento ou diretamente aos biodigestores.[054] Thus, according to the process described in the present invention, after separation of the digestate, the solid portion of the material is stored and easily transported by trucks, while the liquid stream can be transported by piping or channels to specific storage tanks. or directly to biodigesters.
[055] Adicionalmente, a presente invenção aplica-se à geração de biogás preferencialmente a partir de resíduo agroindustrial, preferencialmente, a partir de rejeito da indústria sucroalcooleira como vinhaça, torta de filtro, palha, bagaço de cana, resíduos derivados de cana-energia, resíduo incubatório, borra frigorífica, e/ou matéria-prima líquida, sem, entretanto, limitar-se a tais matérias-primas.[055] Additionally, the present invention applies to the generation of biogas preferably from agro-industrial waste, preferably from waste from the sugar and alcohol industry such as vinasse, filter cake, straw, sugarcane bagasse, waste derived from sugarcane-energy , hatchery residue, refrigeration sludge, and/or liquid raw material, without, however, being limited to such raw materials.
[056] Visando a análise de qualidade do fertilizante obtido a partir do processo descrito na presente invenção, o qual compreende mistura de porção fibrosa e porção argilosa proveniente do processo de separação do material após realização da biodigestão para geração de biogás, foram realizados testes com aplicação de tal material em lavoura.[056] Aiming to analyze the quality of the fertilizer obtained from the process described in the present invention, which comprises a mixture of a fibrous portion and a clayey portion from the process of separating the material after carrying out biodigestion to generate biogas, tests were carried out with application of such material in farming.
[057] Para isso, foram realizados dois testes simultâneos em vasos, sendo 24 compreendendo solo arenoso e 24 solo argiloso, nos quais foram plantados toletes de cana- de-açúcar de 5 cm de comprimento.[057] To this end, two simultaneous tests were carried out in pots, 24 comprising sandy soil and 24 clayey soil, in which 5 cm long sugarcane billets were planted.
[058] Tais vasos foram suplementados com (1) torta de filtro compostada; (2) torta de filtro in natura; (3) material orgânico obtido do processo de separação e já seco, ou seja, após ser estocado antes de sua dispersão pela lavoura; (4) material obtido a após a primeira etapa de separação; (5) material obtido após a segunda etapa de separação e (6) material obtido após as duas etapas de separação misturados in natura.[058] Such pots were supplemented with (1) composted filter cake; (2) fresh filter cake; (3) organic material obtained from the separation process and already dry, that is, after being stored before being dispersed throughout the crop; (4) material obtained after the first separation step; (5) material obtained after the second separation step and (6) material obtained after the two separation steps mixed in natura.
[059] Após 90 dias, foram feitas análises referente às alturas das plantas, diâmetro dos colmos e indice de área foliar.[059] After 90 days, analyzes were carried out regarding plant heights, stem diameter and leaf area index.
[060] Os resultados mostraram que houve incremento na quantidade de Nitrogênio (N) foliar nas amostras presentes em solo arenoso que foram suplementadas com o material orgânico obtido do processo de separação e já seco, mais de que em outras condições, como pode ser visto na Figura 6.[060] The results showed that there was an increase in the amount of foliar Nitrogen (N) in the samples present in sandy soil that were supplemented with the organic material obtained from the separation process and already dry, more than in other conditions, as can be seen in Figure 6.
[061] Adicionalmente, quando comparamos o teor de zinco presente nas folhas de plantas compreendidas em solo arenoso, observamos que houve incremento de Zinco (Z) tanto naquelas que foram suplementadas com material orgânico obtido do processo de separação e seco (3) e também nos vasos que foram suplementados com material orgânico obtido do processo de separação in natura (6), como pode ser observado na Figura 7.[061] Additionally, when we compared the zinc content present in the leaves of plants in sandy soil, we observed that there was an increase in Zinc (Z) both in those that were supplemented with organic material obtained from the separation and dry process (3) and also in the vessels that were supplemented with organic material obtained from the in natura separation process (6), as can be seen in Figure 7.
[062] Por sua vez, as análises nos mostraram também que, ao analisarmos a massa seca de raiz em solo argiloso, foi possivel observarmos que houve incremento em tal quantidade de massa nas amostras que foram suplementadas com material orgânico obtido do processo de separação e seco (3) e também nos vasos que foram suplementados com material orgânico obtido do processo de separação in natura (6), como pode ser observado na Figura 8.[062] In turn, the analyzes also showed us that, when analyzing the dry mass of roots in clayey soil, it was possible to observe that there was an increase in such amount of mass in the samples that were supplemented with organic material obtained from the separation process and dry (3) and also in the vessels that were supplemented with organic material obtained from the in natura separation process (6), as can be seen in Figure 8.
[063] Por fim, quando comparamos a produtividade de massa seca aérea para o material orgânico obtido do processo de separação in natura (6) e a torta de filtro compostada (1), observamos que em (6) há 16% de aumento em solo arenoso e 19% em solo argiloso. Tal aumento pode ser verificado na Figura 9.[063] Finally, when we compare the aerial dry mass productivity for the organic material obtained from the in natura separation process (6) and the composted filter cake (1), we observe that in (6) there is a 16% increase in sandy soil and 19% in clayey soil. This increase can be seen in Figure 9.
[064] Tempo de Retenção Hidráulico (TRH) é o tempo em dias que determinado volume de material orgânico permanece dentro de biodigestor enquanto é degradado pelos microrganismos biodigestores para a geração de biogás em biodigestor de volume definido.[064] Hydraulic Retention Time (TRH) is the time in days that a certain volume of organic material remains inside the biodigester while it is degraded by biodigester microorganisms to generate biogas in a defined volume biodigester.
[065] Em uma modalidade, o TRH dos biodigestores utilizados, que apresentam volume de 18.000 m3, e que são alimentados com vinhaça a cerca de 60 m3/h a 65 m3/h é, em média, de 16 dias.[065] In one embodiment, the HRT of the biodigesters used, which have a volume of 18,000 m3, and which are fed with vinasse at around 60 m3/h to 65 m3/h is, on average, 16 days.
[066] Assim, realizou-se análise sobre redução do TRH nesse biodigestor de 18.000 m3, adicionando-se juntamente à vinhaça cerca de 10 m3/h da porção liquida obtida após o processo de separação (6% Matéria Orgânica - MO). Assim, a relação média de vinhaça / corrente liquida obtida a partir do processo de separação sólido - liquido descrito na presente invenção, é de 5,7 (ou 10,2 kgMo/m3Aiimentação) .[066] Thus, an analysis was carried out on the reduction of TRH in this 18,000 m3 biodigester, adding approximately 10 m3/h of the liquid portion obtained after the separation process (6% Organic Matter - OM) to the vinasse. Thus, the average vinasse/liquid stream ratio obtained from the solid-liquid separation process described in the present invention is 5.7 (or 10.2 kgMo/m3Aimation).
[067] É possivel observar-se também que, nessas condições, houve produção de biogás acima da meta esperada, como pode ser observado na Figura 11.[067] It is also possible to observe that, under these conditions, there was biogas production above the expected target, as can be seen in Figure 11.
Claims (21)
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