BRPI0911428B1 - Método para dispor um resíduo orgânico - Google Patents

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Abstract

método para dispor um resíduo orgânico a presente invenção refere-se a um resíduo orgânico tendo um alto teor de água pode ser induzido a sofrer degradação microbiana acelerada e ser compostado ou reduzido em volume, sem a necessidade de secar com energia térmica ou sopro de ar como nas técnicas convencionais ou de adicionar um subproduto agrícola tal como serragem. o método é para tratamento por reação incluindo: um resíduo orgânico no qual o oxigênio é difícil de penetrar e no qual uma reação bioquímica por meio de micróbio é difícil de ocorrer. este método inclui: fornecer de modo forçado oxigênio para partes internas do resíduo orgânico para elevar, por meio de reações bioquímicas, a temperatura das partes internas do resíduo orgânico para o qual oxigênio tenha sido fornecido; e manter a temperatura elevada para continuar as reações bioquímicas e assim compostar o resíduo orgânico. em seguida, o resíduo orgânico que tenha sido compostado é mantido na presença de oxigênio e monóxido de carbono para causar uma reação exotérmica e assim reduzir o volume do resíduo orgânico ou carbonizar o resíduo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA DISPOR UM RESÍDUO ORGÂNICO".
Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se a um método e um aparelho para tratamento por reação de um resíduo orgânico. Particularmente, esta invenção refere-se a um método e a um aparelho para tratamento por reação de um resíduo orgânico para permitir que oxigênio seja facilmente introduzido no resíduo orgânico no qual o oxigênio é difícil de penetrar quando o resíduo orgânico é deixado de lado e com isso uma reação bioquímica por meio de micróbio é difícil, e para alcançar compostagem, redução de volume e similar(es) por meio de autoaquecimento. Adicionalmente, esta invenção refere-se a um método de utilização do autoaquecimento gerado pelo método para tratamento por reação do resíduo orgânico como uma fonte de calor.
Antecedentes da Técnica [002] Com aumento no reconhecimento de uso de reciclagem de recursos biológicos, uma grande quantidade de tipos de resíduos orgânicos recentemente tem sido compostada e reduzida para a terra como recurso. Resíduos de alimentos, tais como excrementos de animais e restos de alimento (em seguida estes são referidos coletivamente como "excrementos de animais e similar(es)"), em que são os resíduos de animais que são mais esperados para serem composta-dos e/ou transformados em recursos, frequentemente têm alta umidade, ou assim chamados de estado de lama, no momento de geração. Para tais excrementos de animais e similar(es), existem dificuldades, tais como aquelas em que oxigênio dificilmente é introduzido nos excrementos de animais e similar(es)por causa do estado de lama, em que a reação bioquímica pela degradação microbiana usual é difícil de ocorrer, e em que os excrementos de animais e similar(es) são difíceis de serem compostados. Como resultado, convencionalmente, um método que reduz um teor de água a fim de introduzir o oxigênio nos excrementos de animais tem sido adaptado.
[003] Como um dos meios para reduzir o teor de água, existe um método para fornecer energia térmica, aeração e similar(es) para o resíduo orgânico. Entretanto, um método como este não é realístico devido ao problema do custo. Além do mais, como um outro meio, no caso dos excrementos de animais, por exemplo, existe um método para misturar subprodutos agrícolas, tais como serragem, palhas de arroz, casca de arroz e similar(es), com o resíduo orgânico. Este método reduz a umidade contida no resíduo orgânico e, como resultado, facilita o fluxo de ar para promover a reação bioquímica por meio de degradação microbiana. Entretanto, os subprodutos agrícolas podem ser difíceis de se conseguir em algumas regiões, ou o custo para obter os subprodutos agrícolas pode aumentar. Ademais, mesmo quando os subprodutos agrícolas podem ser obtidos, o custo pode aumentar ainda mais por causa do processamento adicional dos subprodutos agrícolas. Além disso, neste método, existe uma dificuldade de que a mistura de tais subprodutos agrícolas causa um aumento nos custos à medida que a quantidade total de tratamento aumenta.
[004] O Documento de Patente 1 indicado abaixo propõe um método para reciclagem dos resíduos ao aquecer e agitar os excrementos de animais e similar(es) em um recipiente para compostar o resíduo. Entretanto, também neste método, o teor de água necessita ser reduzido ao fornecer a energia térmica e similar(es), semelhante a esses discutidos anteriormente, para o resíduo orgânico tendo um alto teor de água, e deste modo, ainda existe um problema em termos do custo.
Documento de Técnica Anterior [005] Documento de Patente: Pedido de Patente Japonês Aber- to a Inspeção Pública No. 2003-171195 [006] Por outro lado, tem sido considerado reduzir o volume do resíduo orgânico e retornar para o solo sem compostar e transformar em recurso o resíduo orgânico. Entretanto, mesmo nesse caso, o teor de água deve ser reduzido para o resíduo orgânico no estado de lama. Isto resulta em problema similar ao indicado acima. Além disso, se o teor de água do resíduo orgânico no estado de lama for simplesmente diminuído e seco, a reação para compostar o resíduo pela degradação microbiana não ocorre. Portanto, o resíduo orgânico seco retornaria para o resíduo orgânico original no estado de lama, se devolvido para o solo. Além disso, neste método, custo para processo de tratamento de esgoto similar a esse para excrementos humanos não pode ser incorrido.
Descrição da Invenção Problemas Resolvidos pela Invenção [007] Esta invenção é fornecida para resolver os problemas discutidos acima. Um objeto da invenção é fornecer um método e um aparelho para tratamento por reação do resíduo orgânico que alcance efetivamente a compostagem e redução do volume do resíduo orgânico tendo um alto teor de água ao acelerar a degradação microbiana, sem secar o resíduo orgânico meio convencional de energia térmica ou aeração, ou por meio de mistura com subprodutos agrícolas, tal como serragem.
[008] Além disso, outro objeto da invenção é fornecer um método de utilizar efetivamente o calor gerado por tal método e aparelho para tratamento por reação do resíduo orgânico.
Meios Para Resolução de Problema [009] No processo de pesquisar métodos e aparelho para tratamento por reação de modo efetivo do resíduo orgânico tendo um alto teor de água que permita compostar e reutilizar o resíduo orgânico ou tratar o resíduo orgânico ao reduzir seu volume, o inventor deste pedido descobriu que a compostagem do resíduo orgânico pode ser realizada ao acelerar a reação bioquímica por meio de degradação micro-biana se oxigênio for efetivamente fornecido para o resíduo orgânico, mesmo quando o resíduo orgânico está no estado de lama com um alto teor de água. Com pesquisas adicionais o inventor descobriu que a temperatura do resíduo orgânico surpreendentemente aumenta para 100°C e adiante para 200°C, que excedeu a temperatu ra na qual o au-toaquecimento pela degradação microbiana (de aproximadamente 70°C) termina. Foi descoberto também que um aumento de temperatura similar ocorre quando o resíduo orgânico com um baixo teor de água é colocado sob uma atmosfera específica. Estas descobertas foram obtidas com base no conhecimento do inventor, e as invenções se relacionando relatadas do primeiro ao terceiro aspectos indicados a seguir são propostas.
[0010] Isto é, o método para tratamento por reação do resíduo orgânico de acordo com o primeiro aspecto da invenção para resolver os problemas discutidos anteriormente é para alcançar a composta-gem e transformação em recurso do resíduo orgânico particularmente no estado de lama. O ponto é que um método para tratamento por reação de um resíduo orgânico, no qual o oxigênio é difícil de penetrar e no qual uma reação bioquímica por meio de micróbio é difícil de ocorrer quando o resíduo orgânico é deixado de lado, compreende: fornecer de modo forçado o oxigênio para dentro do resíduo orgânico; aumentar a temperatura interna do resíduo orgânico para o interior do qual o oxigênio é fornecido pela reação bioquímica; e manter a temperatura elevada para continuar a reação bioquímica e para compostar o resíduo orgânico.
[0011] De acordo com esta invenção, mesmo quando o resíduo orgânico está no estado de lama, no qual oxigênio é difícil de penetrar enquanto o resíduo orgânico é deixado de lado, e nos quais reações bioquímicas por meio de micróbio são difíceis de ocorrer, a reação bioquímica do resíduo orgânico pode ser acelerada e continuada ao fornecer de modo forçado o oxigênio para dentro do mesmo. Portanto, a compostagem e transformação em recurso do resíduo orgânico podem ser realizadas. Um método de tratamento por reação como este é diferente das técnicas convencionais que seca o resíduo orgânico ao aquecer ou soprar ar, ou que mistura subprodutos agrícolas tais como serragem. Este método de tratamento por reação permite que o resíduo orgânico tendo um alto teor de água acelere a degradação micro-biana e reduza seu volume por meio de secagem.
[0012] O método para tratamento por reação do resíduo orgânico de acordo com o segundo aspecto desta invenção para resolver os problemas discutidos anteriormente alcança a redução de volume e descarte do resíduo orgânico particularmente em um estado de lama. O ponto é que um método para tratamento por reação de um resíduo orgânico, no qual o oxigênio é difícil de penetrar e no qual uma reação bioquímica por meio de micróbio é difícil de ocorrer quando o resíduo orgânico é deixado de lado, compreende; um primeiro estágio de reação que fornece de modo forçado o oxigênio para dentro do resíduo orgânico, aumenta a temperatura interna do resíduo orgânico para dentro do qual o oxigênio é fornecido, pela reação bioquímica, e mantém a temperatura elevada para continuar a reação bioquímica e para compostar o resíduo orgânico; e um segundo estágio de reação que causa uma reação exotérmica ao colocar o resíduo orgânico após o primeiro estágio de reação na presença de oxigênio e monóxido de carbono e reduz um volume do resíduo orgânico e/ou carboniza o resíduo orgânico.
[0013] De acordo com esta invenção, tal como um segundo estágio de reação após o primeiro estágio de reação, que é o método de tratamento por reação de acordo com o primeiro aspecto, a temperatura pode ser surpreendentemente elevada acima da temperatura (de aproximadamente 70°C) na qual o autoaquecimento termina e a 100Ό e 200Ό, ao colocar o resíduo orgânico na presença de oxigênio e monóxido de carbono e causar uma reação química. Como resultado, o resíduo orgânico pode ser suficientemente compostado, e o volume do resíduo orgânico pode ser reduzido por secagem. Adicionalmente, pelo aumento ulterior de temperatura, o resíduo orgânico pode ser carbonizado, e a redução de volume pode ser alcançada a baixo custo. De acordo com o método de tratamento por reação do segundo aspecto, devido ao fato de que o resíduo orgânico possa ser seco e carbonizado enquanto sendo suficientemente compostado, o resíduo orgânico não retorna para o estado de lama original, como convencionalmente feito, mesmo quando ele é descartado no solo de novo.
[0014] No método para tratamento por reação do resíduo orgânico de acordo com o primeiro e segundo aspectos da invenção; o resíduo orgânico, no qual oxigênio é difícil de penetrar e no qual a reação bioquímica microbiana é difícil de ocorrer, quando o resíduo orgânico é deixado de lado, é excremento de animais ou produto de resíduos agrícolas, que totalmente ou localmente tem um teor de água de 80% ou maior, ou um produto de resíduo de alimento, que totalmente ou localmente tem um teor de água de 40% ou superior.
[0015] A frase "o resíduo orgânico, no qual o oxigênio é difícil de penetrar quando o resíduo orgânico é deixado de lado e no qual a reação bioquímica por meio de micróbio é difícil de ocorrer" indica resíduo orgânico que tenha se transformado para um estado de lama de maneira que a permeabilidade ao ar é baixa. Mais especificamente, quando o resíduo orgânico é excremento de animal ou um produto de resíduo agrícola, seu teor de água é totalmente 80% ou mais ou localmente 80% ou mais embora seu teor de água total não seja tão al- to. Quando o resíduo orgânico é um produto de resíduo de alimento, tal como restos de alimento, seu teor de água é totalmente 40% ou mais, ou localmente 40% ou mais, embora seu teor de água total não seja tão alto. Estes resíduos orgânicos estão totalmente ou localmente em um estado de lama, no qual o oxigênio é difícil de penetrar quando o resíduo orgânico é deixado de lado e no qual a reação bioquímica por meio de micróbio é difícil de ocorrer. De acordo com esta invenção, ao aplicar o método de tratamento por reação do primeiro e segundo aspectos, a reação bioquímica por meio de degradação micro-biana é acelerada em tais resíduos orgânicos.
[0016] No método para tratamento por reação do resíduo orgânico de acordo com o primeiro e segundo aspectos da invenção, fornecimento de oxigênio forçado para dentro do resíduo orgânico é executado ao colocar o resíduo orgânico sob uma pressão levemente alta de ar incluindo o oxigênio ou ao injetar diretamente o oxigênio dentro do resíduo orgânico.
[0017] Visto que oxigênio pode ser fornecido de modo forçado para dentro do resíduo orgânico pelos meios específicos desta invenção, a reação bioquímica por meio de degradação microbiana pode ser acelerada.
[0018] No método para tratamento por reação do resíduo orgânico de acordo com o primeiro e segundo aspectos da invenção, uma pressão levemente alta é maior que uma pressão atmosférica e igual a ou menor que 15 pressões atmosféricas.
[0019] De acordo com esta invenção, na faixa de pressões descrita anteriormente, o oxigênio pode ser fornecido de modo forçado para dentro do resíduo orgânico. Portanto, a compostagem do resíduo orgânico pode ser alcançada sem usar um recipiente de pressão caro ou similar.
[0020] No método para tratamento por reação do resíduo orgâni- co de acordo com o segundo aspecto da invenção, o segundo estágio de reação é executado sob uma condição na qual uma temperatura do resíduo orgânico é pelo menos igual ou maior que 55°C, o monóxido de carbono é originado do resíduo orgânico após o primeiro estágio de reação, e concentração do monóxido de carbono é igual ou maior que 50 ppm.
[0021] De acordo com esta invenção, o segundo estágio de reação pode ser progredido facilmente e de forma eficiente em um ambiente no qual a temperatura do resíduo orgânico é pelo menos igual ou maior que 55°C, e no qual a concentração de monóxid o de carbono gerado a partir do resíduo orgânico após o primeiro estágio de reação é igual ou maior que 50 ppm. Como resultado, a temperatura pode ser elevada para acima da temperatura (de aproximadamente 70°C) na qual o autoaquecimento por degradação microbiana termina e para uma temperatura alta, tal como 100°C e 200°C.
[0022] Para resolver os problemas descritos anteriormente, o método para tratamento por reação do resíduo orgânico de acordo com o terceiro aspecto da invenção alcança a redução de volume e tratamento por reação do resíduo orgânico que não está particularmente limitado ao resíduo no estado de lama. O método para tratamento por reação de um resíduo orgânico, compreende: causar uma reação exotér-mica ao colocar o resíduo orgânico, no qual a reação exotérmica ocorre ao ser retido na presença de oxigênio e monóxido de carbono, em um ambiente onde a temperatura do resíduo orgânico é pelo menos igual ou maior que 55°C e a concentração do monóxid o de carbono é igual ou maior que 50 ppm; e reduzir um volume do resíduo orgânico ou carbonizar o orgânico.
[0023] De acordo com esta invenção, ao colocar o resíduo orgânico, no qual uma reação exotérmica acontece na presença de oxigênio e monóxido de carbono, sob a temperatura e concentração discuti- das anteriormente do gás de monóxido de carbono, a reação exotér-mica pode ser de modo surpreendente notavelmente acelerada, e a temperatura pode ser elevada para 100°C ou 200°C. C omo resultado, o resíduo orgânico pode ser suficientemente seco, e o volume do resíduo orgânico pode ser reduzido. Além disto, pelo aumento adicional de temperatura, o resíduo orgânico pode ser carbonizado, e a redução de volume pode ser alcançada a baixo custo. De acordo com o método de tratamento por reação do terceiro aspecto, uma vez que o resíduo orgânico pode ser seco ou carbonizado, o resíduo orgânico não retorna para o estado de lama original, como convencionalmente feito, mesmo quando ele é descartado no solo de novo.
[0024] No método para tratamento por reação do resíduo orgânico de acordo com o terceiro aspecto desta invenção, o monóxido de carbono é originado do resíduo orgânico.
[0025] De acordo com esta invenção, é preferível que o monóxido de carbono seja gerado, similar àquele gerado no resíduo orgânico no qual o calor é gerado por causa da reação bioquímica por meio de degradação microbiana.
[0026] Para resolver os problemas discutidos anteriormente, o aparelho para tratamento por reação do resíduo orgânico desta invenção tem um recipiente selável dentro do qual o resíduo orgânico é colocado e do qual ele é removido; e um dispositivo de controle de pressão que controla pressão dentro do recipiente acima da pressão atmosférica e igual a ou menor que 15 pressões atmosféricas.
[0027] De acordo com esta invenção, o aparelho de tratamento por reação inclui um recipiente selável e um dispositivo de controle de pressão. Portanto, ao colocar no recipiente um resíduo orgânico, no qual o oxigênio é difícil de penetrar quando o resíduo orgânico é deixado de lado e no qual a reação bioquímica por meio de micróbio é difícil de ocorrer, e ao pressurizar o recipiente na faixa discutida ante- riormente após selar o recipiente, o oxigênio pode ser fornecido de modo forçado para dentro do resíduo orgânico. Como resultado, a reação bioquímica por meio de degradação microbiana ocorre no resíduo orgânico, e a compostagem e secagem, por exemplo, do resíduo orgânico podem ser aceleradas. Em virtude de a pressão controlada não ser extremamente alta, não é necessário usar um recipiente de pressão oneroso. Portanto, o aparelho de tratamento por reação desta invenção pode realizar facilmente com êxito o método para tratamento por reação do resíduo orgânico considerando-se do primeiro ao terceiro aspectos discutidos acima e a baixo custo.
[0028] O aparelho para tratamento por reação do resíduo orgânico desta invenção tem o recipiente incluindo um medidor de concentração para monóxido de carbono e termômetro.
[0029] Um método para utilizar energia térmica para resolver os problemas discutidos anteriormente utiliza calor gerado pela execução do segundo estágio de reação do método para tratamento por reação do resíduo orgânico ou utiliza calor gerado pela execução do método para tratamento por reação do resíduo orgânico.
Efeito Vantajoso da Invenção [0030] De acordo com esta invenção, mesmo quando o resíduo orgânico está no estado de lama, no qual o oxigênio é difícil de penetrar enquanto o resíduo orgânico é deixado de lado, e nas quais reações bioquímicas por meio de micróbio são difíceis de ocorrer, a reação bioquímica do resíduo orgânico pode ser acelerada e continuada ao fornecer de modo forçado o oxigênio para dentro do resíduo orgânico. Portanto, a compostagem e transformação em recurso do resíduo orgânico podem ser concretizadas. Tal método de tratamento por reação é diferente das técnicas convencionais que secam o resíduo orgânico ao aquecer ou soprar ar, ou que misturam subprodutos agrícolas, tais como serragem. Este método de tratamento por reação permite que o resíduo orgânico que tem um alto teor de água acelere a degradação microbiana e reduza seu volume por secagem.
[0031] De acordo com esta invenção, como um segundo estágio de reação após o primeiro estágio de reação, que é o método de tratamento por reação de acordo com o primeiro aspecto, ao colocar o resíduo orgânico na presença de oxigênio e monóxido de carbono e causar uma reação química, a temperatura pode ser surpreendentemente elevada acima da temperatura (de aproximadamente 70°C) na qual o autoaquecimento termina e para 100°C e 200°C . Como resultado, o resíduo orgânico pode ser suficientemente compostado, e o volume do resíduo orgânico pode ser reduzido por secagem. Adicionalmente, por mais um aumento de temperatura, o resíduo orgânico pode ser carbonizado, e a redução de volume pode ser alcançada a baixo custo.
[0032] De acordo com esta invenção, ao colocar o resíduo orgânico, no qual uma reação exotérmica acontece na presença de oxigênio e monóxido de carbono, sob a temperatura e concentração discutidas anteriormente do gás de monóxido de carbono, a reação exotér-mica pode ser, de modo surpreendente, notavelmente acelerada, e a temperatura pode ser elevada para 100°C ou 200°C. C omo resultado, o resíduo orgânico pode ser suficientemente seco, e o volume do resíduo orgânico pode ser reduzido. Também, pelo aumento adicional de temperatura, o resíduo orgânico pode ser carbonizado, e a redução de volume pode ser alcançada a baixo custo.
[0033] De acordo com esta invenção, o aparelho de tratamento por reação inclui um recipiente selável e um dispositivo de controle de pressão. Portanto, ao colocar no recipiente um resíduo orgânico, no qual o oxigênio é difícil de penetrar quando o resíduo orgânico é deixado de lado e no qual a reação bioquímica microbiana é difícil de ocorrer, e ao pressurizar o recipiente na faixa discutida anteriormente após selar o recipiente, o oxigênio pode ser fornecido de modo forçado para dentro do resíduo orgânico. Como resultado, a reação bioquímica por meio de degradação microbiana ocorre no resíduo orgânico, e a compostagem e secagem, por exemplo, do resíduo orgânico podem ser aceleradas. Devido ao fato de que a pressão controlada não é extremamente alta, não é necessário usar um recipiente de pressão oneroso.
[0034] De acordo com o método para utilizar energia térmica desta invenção, o calor gerado no método para tratamento por reação do resíduo orgânico de acordo com esta invenção é utilizado como uma fonte de calor. Portanto, a energia térmica pode ser usada efetivamente. Em particular, ao utilizar a energia térmica como uma fonte de energia para negócios de pecuária e similar(es), o custo dos negócios pode ser reduzido, aumentando assim a competição.
Melhor Modo para Implementar a Invenção [0035] A invenção é explicada detalhadamente com base nas modalidades a seguir. As modalidades a seguir são exemplos preferíveis da invenção, e a construção da invenção não está limitada a elas. [0036] A figura 1 é um gráfico que de modo figurado mostra relações entre tempo e temperatura dentro de um recipiente durante o uso do resíduo orgânico no estado de lama, no qual oxigênio é difícil de penetrar enquanto o resíduo orgânico é deixado de lado e no qual a reação bioquímica por meio de degradação microbiana é difícil de ocorrer, e quando fornecendo de modo forçado o oxigênio para dentro do resíduo orgânico. Os resultados foram descobertos pelo inventor durante um processo de pesquisa de um método para tratamento por reação de modo efetivo do resíduo orgânico que permite compostar e reutilizar o resíduo orgânico no estado de lama tendo um alto teor de água, e reduzindo o volume do resíduo orgânico e tratando o resíduo orgânico. Além do mais, estes resultados mostram uma "zona de rea- ção bioquímica" (primeiro estágio de reação) na qual, quando o resíduo orgânico tendo um alto teor de água é colocado em um recipiente hermético e quando a pressão é elevada levemente, mais oxigênio entra no resíduo orgânico quando comparado a quando a pressão não é elevada, causando o autoaquecimento pela degradação microbiana a ser promovida. Adicionalmente, estes resultados mostram uma "zona de reação química" (segundo estágio de reação) na qual a temperatura no recipiente aumenta para 100°C e mais adiante para 200°C, que excede a temperatura na qual o autoaquecimento pela degradação microbiana termina (de aproximadamente 70°C). Método para Tratamento por Reação de Resíduo Orgânico [0037] O método para tratamento por reação do resíduo orgânico de acordo com esta invenção pode ser categorizado em três tipos. O primeiro tipo é um método de tratamento por reação que usa o fenômeno na zona de reação bioquímica mostrada na figura 1. O segundo tipo é um método de tratamento por reação que usa o fenômeno na zona de reação bioquímica e o fenômeno na zona de reação química mostradas na figura 1. O terceiro tipo é um método de tratamento por reação que usa o fenômeno na zona de reação química mostrada na figura 1.
Primeiro Método de Tratamento por Reação [0038] Primeiramente, o primeiro método de tratamento por reação é explicado. O primeiro método de tratamento por reação é um método para tratamento por reação do resíduo orgânico, no qual o oxigênio é difícil de penetrar quando o resíduo orgânico é deixado de lado, e no qual a reação bioquímica por meio de micróbio é difícil de ocorrer, ao acelerar a reação bioquímica do micróbio. Em particular, o primeiro método de tratamento por reação realiza de forma eficiente compostagem e transformação em recurso do resíduo orgânico e simi-lar(es) no estado de lama. Especificamente, o primeiro método de tra- tamento por reação é um método para aumentar a temperatura interna do resíduo orgânico para o qual o oxigênio é fornecido, para continuar a reação bioquímica ao manter a temperatura aumentada e para com-postar o resíduo orgânico.
[0039] Excrementos de animais (resíduos), excrementos humano (resíduos), resíduo agrícola, lodo de esgoto, sobras de alimento (resíduo de alimento) tais como restos de alimento, e similar(es), os quais podem causar a reação bioquímica por meio de degradação microbia-na, são os exemplos do resíduo orgânico. Vacas, porcos, cavalos e similar(es) são os exemplos de animais. Especificamente, um resíduo orgânico, no qual o oxigênio é difícil de penetrar quando o resíduo orgânico é deixado de lado, e no qual uma reação química por micróbio é difícil de ocorrer, é a matéria para o primeiro método de tratamento por reação. Adicionalmente, o primeiro método de tratamento por reação é mais efetivo para o resíduo orgânico que está totalmente ou localmente no estado de lama de maneira que a permeabilidade ao ar é baixa.
[0040] Quando o resíduo orgânico é o excremento de animais (resíduos), o resíduo agrícola e similar(es), os quais incluem uma quantidade significativa de fibras, o teor de água do resíduo orgânico total é igual ou maior que 80% ou localmente igual a ou maior que 80% embora o teor de água do resíduo orgânico total seja baixo. Visto queo resíduo orgânico que um alto teor de água como este está no estado de lama, o oxigênio necessário para causar a reação bioquímica por meio de micróbio tem dificuldade de penetrar o resíduo orgânico pela sua superfície no estado de lama. Portanto, a reação bioquímica por meio de micróbio é difícil de acelerar, e um aumento da temperatura interna baseado na reação bioquímica é baixo. Como resultado, um longo período de tempo é exigido para a assim chamada compos-tagem. Entretanto, de acordo com o primeiro método de tratamento por reação, já que o oxigênio é fornecido de modo forçado para o interior do resíduo orgânico, a temperatura dentro do resíduo orgânico, para o qual o oxigênio é fornecido, é elevada rapidamente pela reação bioquímica. Além do mais, se o recipiente de reação no qual o resíduo orgânico é colocado for coberto por um material isolante de calor a fim de manter a temperatura elevada, a reação bioquímica ativa pode ser continuada, e dessa forma, a compostagem do resíduo orgânico pode ser acelerada. Além disso, o método de tratamento por reação desta invenção é mais efetivo com o resíduo orgânico tendo um maior teor de água. O método de tratamento por reação desta invenção é particularmente utilizado para o resíduo orgânico tendo um alto teor de água, tal como igual ou maior que 83% ou 87%.
[0041] Quando o teor de água do resíduo orgânico total ou o teor de água local do resíduo orgânico é menor que 80%, o fenômeno em que o oxigênio tem dificuldade de penetrar no resíduo orgânico enfraquece de modo mensurável e, portanto, a necessidade de fornecer de modo forçado o oxigênio para dentro do resíduo orgânico diminui. O oxigênio entra no resíduo orgânico mesmo quando se trata do resíduo orgânico que é deixado de lado, e a temperatura aumenta gradualmente por causa da reação bioquímica. Desta maneira, com o teor de água sendo menor que 80%, o único dispositivo no primeiro método de tratamento por reação, que é para fornecer de modo forçado o oxigênio para dentro do resíduo orgânico, não precisa necessariamente ser usado. Entretanto, ele pode ser usado a partir de um ponto de vista para acelerar a reação bioquímica.
[0042] Além do mais, quando o resíduo orgânico é o resíduo de alimento, tal como restos de alimento, o teor de água do resíduo orgânico total é igual ou maior que 40% ou localmente igual ou maior que 40% embora o teor de água do resíduo orgânico total seja baixo. Se o resíduo orgânico incluir uma quantidade significativa de fibras, tal co- mo os excrementos de animais (resíduos), o resíduo agrícola e similares) discutidos anteriormente, o teor de água total ou local é igual ou maior que 80%, e o resíduo orgânico se transforma para o estado de lama. Entretanto, os restos de alimento e similar(es), os quais não incluem uma grande quantidade de fibras, se transformam para o estado de lama abaixo de 80%, e normalmente tendem a se transformar para o estado de lama em 40% ou mais. Portanto, no primeiro método de tratamento por reação, mesmo com o resíduo de alimento no estado de lama tendo um teor de água como este, a temperatura interna pode ser elevada rapidamente ao fornecer de modo forçado o oxigênio para dentro do resíduo de alimento e causar a reação bioquímica. Portanto, a compostagem do resíduo orgânico é acelerada adicionalmente.
[0043] O termo "totalmente" com relação a teor de água indica uma razão na qual a umidade é incluída no resíduo orgânico igualmente ou relativamente igual. Por outro lado, o "localmente" com relação a teor de água indica um caso onde o teor de água do resíduo orgânico total é menor que 80% (para excrementos de animais e similar(es)) ou menor que 40% (para resíduo de alimento tais como restos de alimento), mas o resíduo orgânico inclui localmente partes no estado de lama com o teor de água sendo igual ou maior que 80% ou 40%, respectivamente.
[0044] A medição do teor de água do resíduo orgânico total pode ser avaliada ao obter uma quantidade predeterminada de uma amostra do resíduo orgânico e executar uma medição de massa da amostra antes e após a secagem da amostra. Em contraste, o teor de água local do resíduo orgânico pode ser avaliado ao obter uma pequena quantidade de uma amostra local do resíduo orgânico e executar uma medição de massa da amostra antes e após a secagem da amostra. [0045] O fornecimento de oxigênio para dentro do resíduo orgânico é realizado de modo forçado. Por tal fornecimento forçado [do oxigênio], a reação bioquímica é acelerada no resíduo orgânico no qual o oxigênio é difícil de penetrar. O oxigênio a ser fornecido pode ser um gás de oxigênio ou uma mistura gasosa de oxigênio e um outro gás. Normalmente, ar genérico que inclui aproximadamente 20% de oxigênio é usado.
[0046] Um exemplo detalhado do dispositivo para fornecer de modo forçado o oxigênio pode ser ao se colocar o resíduo orgânico sob um ambiente de ar levemente comprimido incluindo oxigênio, injetando diretamente o oxigênio dentro do resíduo orgânico e similar(es). [0047] O dispositivo de fornecimento de oxigênio discutido anteriormente fornece o ambiente de ar levemente comprimido ao colocar o resíduo orgânico em um recipiente hermético com controle de pressão e injetar ar no recipiente, tal como mostrado na figura 2. Neste dispositivo, a pressão no recipiente preferivelmente é maior que a pressão atmosférica (1 pressão atmosférica) e igual ou menor que 15 pressões atmosféricas. Dentro de uma faixa de pressões como esta, o oxigênio pode ser facilmente introduzido no resíduo orgânico. Além do mais, um recipiente de pressão caro ou coisa parecida não necessita ser usado. Além disso, para fornecimento mais efetivo de oxigênio, a pressão no recipiente preferivelmente é igual ou maior que 2 pressões atmosféricas e igual ou menor que 10 pressões atmosféricas. A partir de um ponto de vista de um recipiente barato, a pressão é preferivelmente igual ou maior que 2 pressões atmosféricas e igual ou menor que 5 pressões atmosféricas.
[0048] Em contraposição, para o último dispositivo de fornecimento de oxigênio, um recipiente hermético ou um recipiente aberto pode ser usado. Este dispositivo coloca o resíduo orgânico no recipiente e fornece diretamente o oxigênio. Mais especificamente, este dispositivo pode colocar uma pluralidade de tubos dentro do resíduo orgânico e injetar ar (oxigênio) no tubo para fornecer o oxigênio para dentro do resíduo orgânico. Com o mesmo conceito, outras formas estruturais podem ser usadas.
[0049] Sob um gás que inclui o oxigênio, uma reação bioquímica ocorre por causa de degradação orgânica por meio de micróbio no resíduo orgânico. Esta reação bioquímica gera calor metabólico, e assim a temperatura do resíduo orgânico aumenta para aproximadamente 70°C. No primeiro método de tratamento por reação, por conta do oxigênio ser fornecido de modo forçado para o resíduo orgânico no estado de lama, no qual o oxigênio é difícil de penetrar quando o resíduo orgânico é deixado de lado e a reação bioquímica pelo micróbio é difícil de ocorrer, a temperatura aumenta à medida que a reação bioquímica é acelerada, e o teor de água é mudado para uma condição de umidade apropriada por causa de evaporação da umidade, e assim a degradação orgânica por meio de micróbio é acelerada adicionalmente, resultando na acelaração da compostagem e similar(es).
[0050] Adicionalmente de acordo com este método de tratamento por reação, a reação bioquímica por meio de micróbio acontece com existência de oxigênio no resíduo orgânico. Ao usar o recipiente hermético, a captura de amônio, gerado como resultado da degradação microbiana, acontece. Portanto, medições efetivas de odores se tornam possíveis, e poluição por odores para o meio ambiente, a qual é frequentemente associada com tratamento por reação de resíduo orgânico, pode ser reduzida.
[0051] Tal como discutido anteriormente, de acordo com o primeiro método de tratamento por reação, mesmo com o resíduo orgânico no estado de lama, no qual o oxigênio é difícil de penetrar quando o resíduo orgânico é deixado de lado e no qual a reação bioquímica por meio de micróbio é difícil de ocorrer, o oxigênio pode ser fornecido de modo forçado para dentro do resíduo orgânico. Portanto, a reação bioquímica do resíduo orgânico pode ser acelerada e mantida, e a com- postagem e transformação em recurso do resíduo orgânico pode ser realizada. Um método de tratamento por reação como este é diferente da técnica convencional que seca a umidade por meio de calor ou de ar soprado ou mistura subprodutos agrícolas tais como serragem. O método de tratamento por reação pode acelerar a degradação micro-biana do resíduo orgânico tendo um alto teor de água e compostar o resíduo orgânico, realizando assim uma redução de volume do resíduo orgânico por meio de secagem.
Segundo Método de Tratamento por Reação [0052] A seguir, o segundo método de tratamento por reação é explicado. Similar ao primeiro método de tratamento por reação discutido anteriormente, o segundo método de tratamento por reação inclui o primeiro estágio de reação de compostagem e transformação em recurso do resíduo orgânico (especialmente o resíduo no estado de lama), no qual, quando o resíduo orgânico é deixado de lado, o oxigênio é difícil de penetrar e no qual a reação bioquímica por meio de micróbio é difícil de ocorrer, ao acelerar a reação bioquímica, e o segundo estágio de reação de reduzir o volume do resíduo orgânico ou carbonizar o resíduo orgânico. Mais especificamente, o método inclui o primeiro estágio de reação, no qual o oxigênio é fornecido de modo forçado para dentro do resíduo orgânico, a temperatura interna do resíduo orgânico para o qual o oxigênio é fornecido é elevada pela reação bioquímica, e a reação bioquímica é continuada ao manter-se a temperatura aumentada, e o segundo estágio de reação, no qual uma reação exotérmica é gerada ao colocar o resíduo orgânico após o primeiro estágio de reação sob oxigênio e monóxido de carbono para reduzir o volume ou carbonizar o resíduo orgânico. Para o segundo método de tratamento por reação, tendo em vista que o primeiro estágio de reação é igual ao primeiro método de tratamento por reação, a discussão das questões técnicas (resíduo orgânico, seu teor de água, fornecimento de oxigênio e similar(es)) e de efeitos que foram discutidos anteriormente na explicação do primeiro método de tratamento por reação, será omitida.
[0053] O segundo estágio de reação é uma etapa na qual ocorre uma reação após o primeiro estágio de reação. Ele é um estágio de reação, no qual o resíduo orgânico após o primeiro estágio de reação, isto é, após descartado pelo primeiro método de tratamento por reação, é colocado sob o oxigênio e monóxido de carbono para causar uma reação exotérmica, e no qual o volume do resíduo orgânico é reduzido ou o resíduo orgânico é carbonizado.
[0054] O resíduo orgânico usado no segundo estágio de reação necessita estar em 55°C ou mais no primeiro estágio de reação. Além do mais, embora o teor de água não seja particularmente limitado, ele deve ser o mesmo ou levemente menor que o do começo do primeiro estágio de reação. Por exemplo, o teor de água frequentemente está em uma faixa aproximadamente igual ou maior que 30% e menor que 80%.
[0055] O inventor descobriu que calor é gerado no resíduo orgânico ao colocar o resíduo orgânico sob o oxigênio e monóxido de carbono. O segundo estágio de reação é um estágio para causar a reação exotérmica. Como resultado, o volume do resíduo orgânico pode ser reduzido, ou o resíduo orgânico pode ser carbonizado.
[0056] Mesmo que detalhes da reação exotérmica não estejam suficientemente verificadas, é suposto que a reação é pelo menos uma de uma reação exotérmica na qual o oxigênio reage no resíduo orgânico para gerar dióxido de carbono, uma reação exotérmica na qual o oxigênio reage no resíduo orgânico para gerar monóxido de carbono, e uma reação exotérmica na qual o monóxido de carbono e oxigênio reagem para gerar dióxido de carbono.
[0057] O segundo estágio de reação pode ser executado sob um ambiente hermético ou um ambiente aberto para o ar, desde que exista oxigênio em um nível similar pelo menos ao do ar atmosférico. Se o primeiro estágio de reação for executado sob um ambiente hermético, o segundo estágio de reação pode ser executado sob o mesmo ambiente hermético usado para o primeiro estágio de reação, ou pode ser executado sob o ambiente aberto para o ar. Se as condições reativas para os primeiro e segundo estágios de reação forem satisfeitas, estes ambientes podem ser invertidos.
[0058] Para o segundo estágio de reação, a existência de monóxido de carbono é necessária. O monóxido de carbono é gerado de uma reação incompleta do resíduo orgânico obtido do primeiro estágio de reação com o oxigênio. Concentração do monóxido de carbono gerado é igual ou maior que 50 ppm, mais preferivelmente igual ou maior que 100 ppm. Com a concentração de monóxido de carbono sendo igual ou maior que 50 ppm a reação exotérmica se torna ativa no segundo estágio de reação, e a temperatura aumenta notavelmente. Portanto, secagem e/ou carbonização do resíduo orgânico são aceleradas. Com a concentração de monóxido de carbono sendo menor que 50 ppm a reação exotérmica é levemente insuficiente, e a temperatura não aumenta tanto, quando comparada ao caso da concentração sendo igual ou maior que 50 ppm. Portanto, a aceleração da secagem e/ou carbonização do resíduo orgânico é mais baixa.
[0059] O monóxido de carbono é gerado da reação do resíduo orgânico e oxigênio. Entretanto, o monóxido de carbono somente necessita ser incluído no recipiente no qual o segundo estágio de reação é executado. Em um caso como este, o resíduo orgânico preferivelmente é colocado no ambiente hermético no qual o monóxido de carbono não fica exposto para o ar.
[0060] Por outro lado, o monóxido de carbono gerado dentro do resíduo orgânico dificilmente é liberado para fora do resíduo orgânico.
Portanto, o monóxido de carbono pode induzir adicionalmente a reação exotérmica ao reagir com o oxigênio dentro do resíduo orgânico. Portanto, em um caso como este, o resíduo orgânico pode ser colocado sob o ambiente aberto para o ar. Certamente, o resíduo orgânico pode ficar sob o ambiente hermético. A condição, na qual o monóxido de carbono gerado dentro do resíduo orgânico dificilmente é liberado para fora do resíduo orgânico, pode ser, por exemplo, um caso no qual permeabilidade ao ar em uma parte do interior do resíduo orgânico não é suficiente, e na qual monóxido de carbono é gerado localmente. [0061] A temperatura do resíduo orgânico no segundo estágio de reação é preferivelmente pelo menos igual ou maior que 55°C e mais preferivelmente igual ou maior que aproximadamente 70°C. A temperatura se torna particularmente importante quando se faz transição do primeiro estágio de reação para o segundo estágio de reação. Isto é, no primeiro estágio de reação, a temperatura aumenta como um resultado da reação bioquímica por micróbio. Normalmente, a temperatura aumenta em volta de aproximadamente 70°C. Com a tem peratura em volta de aproximadamente 70°C, o segundo estágio de reação pode ser facilmente iniciado, e a reação exotérmica entre o resíduo orgânico e oxigênio e/ou monóxido de carbono e/ou a reação exotérmica entre monóxido de carbono e oxigênio pode ocorrer facilmente. Além disso, mesmo quando a temperatura não é elevada a tal nível, desde que o resíduo orgânico esteja em uma temperatura pelo menos igual ou maior que 55°C, e desde que o oxigênio e monóxido d e carbono sejam fornecidos para o resíduo orgânico, a reação exotérmica discutida acima ocorre, e a temperatura aumenta. Então, mais reações exotér-micas podem facilmente ocorrer.
[0062] O tempo (período) exigido para tratamento por reação do resíduo orgânico depende do tipo e condições, tais como o teor de água, do resíduo orgânico em questão. O número de dias necessários para a temperatura aumentar para cerca de 70°C apro ximadamente de acordo com o primeiro método de tratamento por reação discutido anteriormente ou o primeiro estágio de reação do segundo método de tratamento por reação normalmente pode ser aproximadamente igual ou maior que 0,5 dia e igual ou menor que 3 dias. O número de dias necessários para a temperatura aumentar para 100°C ou 200°C, por exemplo, de acordo com o segundo estágio de reação do segundo método de tratamento por reação pode ser igual ou maior que 3 dias e igual ou menor que 14 dias. Portanto, dependendo da quantidade do resíduo orgânico a ser descartado, é preferível que um número múltiplo de recipientes de tratamento por reação e de dispositivos de tratamento por reação discutidos mais tarde seja usado.
[0063] De acordo com o segundo método de tratamento por reação discutido anteriormente, ao colocar o resíduo orgânico na presença de oxigênio e monóxido de carbono para induzir reações químicas, tal como o segundo estágio de reação que acontece após o primeiro estágio de reação, que é o primeiro método de tratamento por reação, a temperatura pode ser elevada para 100°C ou 200°C, a qual excede a temperatura (de aproximadamente 70°C) na qual o autoaquecimento por degradação microbiana termina. Como resultado, o resíduo orgânico pode ser suficientemente compostado e seco adicionalmente, fazendo com que o volume do resíduo orgânico seja reduzido. Além disso, por causa do aumento adicional de temperatura, o resíduo orgânico pode ser carbonizado. Portanto, redução adicional de volume pode ser realizada a baixo custo. Com o segundo método de tratamento por reação, o resíduo orgânico é seco e/ou carbonizado quando ele é suficientemente compostado. Assim sendo, mesmo quando o resíduo orgânico é descartado no solo de novo, o resíduo orgânico não retorna para o seu estado de lama original, tal como tem sido convencionalmente.
[0064] Adicionalmente e de forma mais particular, com a temperatura do resíduo orgânico sendo pelo menos igual ou maior que 55°C, e com a concentração do monóxido de carbono originado do resíduo orgânico após o primeiro estágio de reação sendo igual ou maior que 50 ppm, o segundo estágio de reação pode ser acelerado facilmente e de forma eficiente. Como resultado, a temperatura pode exceder facilmente a temperatura (de aproximadamente 70°C) na qu al o autoaque-cimento pela degradação microbiana termina, e alcançar uma temperatura alta, tal como 100°C ou 200°C.
Terceiro Método de Tratamento por Reação [0065] A seguir, o terceiro método de tratamento por reação é explicado. O terceiro método de tratamento por reação diz respeito ao segundo estágio de reação que é igual àquele para o segundo método de tratamento por reação. Entretanto, ao contrário do primeiro e segundo métodos de tratamento por reação, o terceiro método de tratamento por reação alcança a redução de volume e tratamento por reação do resíduo orgânico que não está limitada ao resíduo no estado de lama. Em particular, mesmo tal como o segundo estágio de reação do segundo método de tratamento por reação, o terceiro método de tratamento por reação reduz o volume, ou carboniza, o resíduo orgânico ao causar a reação exotérmica do resíduo orgânico ao colocá-lo na presença de oxigênio e monóxido de carbono e ao causar a reação exotérmica adicional do resíduo orgânico na temperatura pelo menos igual ou maior que 55°C ao colocá-lo sob um ambiente com o monóxido de carbono em uma concentração igual ou maior que 50 ppm.
[0066] Com o terceiro método de tratamento por reação, o teor de água do resíduo orgânico é desconsiderado, e o resíduo orgânico não necessita estar no estado de lama. Portanto, o terceiro método de tratamento por reação pode ser usado para um resíduo orgânico que não é descartado no primeiro método de tratamento por reação ou no segundo estágio de reação do segundo método de tratamento por reação. Por exemplo, o terceiro método de tratamento por reação pode ser usado para o resíduo orgânico que tenha sido compostado. Além do mais, o terceiro método de tratamento por reação pode ser usado para resíduos orgânicos formados por materiais de biomassa do tipo seco tendo carbono como seu substrato, tais como excrementos de vaca com um baixo teor de água, aparas de madeira e arroz bruto. O terceiro método de tratamento por reação pode ser usado para com-postar ou carbonizar qualquer um destes resíduos orgânicos. É preferível que o monóxido de carbono seja originado destes resíduos orgânicos.
[0067] Além disso, a temperatura do resíduo orgânico ou a concentração de monóxido de carbono de acordo com o terceiro método de tratamento por reação é a mesma que a do segundo estágio de reação do segundo método de tratamento por reação. Portanto, suas explicações estão omitidas.
[0068] Tal como discutido anteriormente, de acordo com o terceiro método de tratamento por reação, ao colocar o resíduo orgânico (material de biomassa), o qual tenha resultado na reação exotérmica na presença de oxigênio e monóxido de carbono, sob um gás de concentração de monóxido de carbono na temperatura discutida anteriormente, a reação exotérmica resultante é acelerada adicionalmente de forma notável, e a temperatura aumenta para 100°C ou 200°C. Como resultado, o resíduo orgânico (material de biomassa) pode ser suficientemente seco, e seu volume pode ser reduzido. Além disso, o resíduo orgânico pode ser carbonizado como resultado do aumento de temperatura adicional. Portanto, a redução de volume pode ser alcançada a baixo custo. Adicionalmente, de acordo com o método de tratamento por reação do terceiro aspecto, devido ao fato de que o resíduo orgânico pode ser suficientemente seco e carbonizado, o resíduo orgânico não retorna para seu estado de lama original mesmo quando ele é descartado no solo.
Dispositivo de Tratamento por Reação [0069] A seguir, um dispositivo de tratamento por reação para o resíduo orgânico é explicado. A figura 2 é um diagrama estrutural mostrando um exemplo do dispositivo de tratamento por reação para o resíduo orgânico de acordo com esta invenção. O dispositivo de tratamento por reação mostrado na figura 2 é um dispositivo que se adapta ao método de tratamento por reação desta invenção discutido anteriormente, o qual coloca o resíduo orgânico em um ambiente hermético e mantém tal ambiente em um estado levemente comprimido. Em particular, tal como mostrado na figura 2, o dispositivo de tratamento por reação inclui um recipiente selável 2 que permite receber o resíduo orgânico, e um dispositivo de controle de pressão que pode controlar a pressão do recipiente 2 acima da pressão atmosférica e igual a ou menor que 15 pressões atmosféricas.
[0070] O recipiente 2 é um recipiente que recebe o resíduo orgânico e mantém uma pressão interna acima da pressão atmosférica e igual a ou menor que 15 pressões atmosféricas, por exemplo. O recipiente 2 inclui uma parte que abre e fecha (não mostrada) pela qual o resíduo orgânico é removido e recebido. A parte que abre e fecha pode ser uma forma de tampa ou uma forma de porta. Sua forma não é limitada particularmente. O material do recipiente também não é limitado particularmente. O material pode ter características anticorrosivas contra o resíduo orgânico ou um material com durabilidade ao calor. Por exemplo, o material pode ser aço inoxidável.
[0071] É preferível que o recipiente seja provido com um medidor de concentração para o monóxido de carbono e/ou termômetro (ambos não mostrados). O termômetro é útil para medir a temperatura no período de reação bioquímica e/ou reação química discutida no méto- do de tratamento por reação desta invenção e para verificar o progresso e similar(es) de cada reação. Além do mais, o medidor de monóxido de carbono é útil para medir a concentração de monóxido de carbono no período de reação química discutida no método de tratamento por reação desta invenção e para verificar o progresso e simi-lar(es)parâmetros da reação química. Tais dispositivos de medição podem ser produtos comerciais e instalados em qualquer posição. [0072] Além disso, é preferível que um medidor de pressão (não mostrado) também seja fornecido. O medidor de pressão mede a pressão dentro do recipiente e pode ser usado para ajustar a pressão no recipiente 2.
[0073] O dispositivo de controle de pressão é um dispositivo para ajustar a pressão dentro do recipiente 2 em um nível predeterminado. O dispositivo 10 mostrado na figura 2 inclui um tanque de gás de alta pressão 1, um tubo de entrada de gás 3 que conecta o tanque 1 e o recipiente 2, uma primeira válvula 4 que é fornecida no tubo de injeção de gás 3, no tanque 1 ou no recipiente 2, e que ajusta uma quantidade de gás a ser fornecido para dentro do recipiente, um tubo de exaustão de gás 5 que esgota o gás dentro do recipiente 2, e uma segunda válvula 6 que é fornecida no recipiente 2 ou no tubo de exaustão de gás 5 e ajusta a quantidade de gás no recipiente 2.
[0074] O tanque de gás de alta pressão 1 pode ser um tanque com ar comprimido. A primeira válvula 4 e a segunda válvula 6 podem ser uma válvula controlada manualmente do tipo torneira. Entretanto, preferivelmente ela é uma válvula controlada automaticamente acionada com base em dados do medidor de pressão. Ao controlar exatamente a pressão no recipiente 2, a reação do resíduo orgânico pode ser executada de forma estável.
[0075] O dispositivo de tratamento por reação 10 é um exemplo do dispositivo de tratamento por reação para esta invenção e não está limitado à forma estrutural mostrada na figura. O tanque 1 pode ser substituído por um dispositivo de aplicação de pressão, tal como uma bomba de comprimir ar ou um compressor. Além do mais, uma válvula de retenção de pressão (não mostrada) que impede a pressão dentro do recipiente de escoar para trás na direção do tanque, devido a um aumento da pressão causado pelo aumento na temperatura interna, pode ser fornecida no tubo de injeção de gás 3. Além disso, uma câmara isolante térmica 7 pode ser fornecida preferivelmente em volta do recipiente 2. A câmara isolante térmica 7 mantém a temperatura do recipiente 7 e impede que a velocidade da reação bioquímica pelo micróbio no resíduo orgânico no recipiente no primeiro estágio de reação e a velocidade de reação química para o segundo estágio de reação diminuam.
[0076] De acordo com tal dispositivo de tratamento por reação 10, por causa de um recipiente selável e um dispositivo de controle de pressão estarem incluídos, ao colocar o resíduo orgânico no estado de lama, no qual o oxigênio é difícil de penetrar quando o resíduo orgânico é deixado de lado, e no qual a reação bioquímica por meio de micróbio é difícil de ocorrer, e aplicando-se a pressão predeterminada após selar o recipiente, o oxigênio pode ser fornecido de modo forçado para dentro do resíduo orgânico. Como resultado, a reação bioquímica pela degradação microbiana acontece dentro do resíduo orgânico, e a compostagem e secagem do resíduo orgânico, por exemplo, podem ser aceleradas. Como a pressão a ser controlada não é particularmente alta, não é necessário usar um recipiente de pressão caro. Portanto, o dispositivo de tratamento por reação desta invenção pode completar com êxito o método de tratamento por reação discutido anteriormente para o resíduo orgânico simplificadamente e a baixo custo. Método Para Usar Energia Térmica [0077] A seguir, é discutido um método para usar a energia tér- mica que utilizou o princípio de gerar calor no período do método de tratamento por reação desta invenção. O método para usar energia térmica de acordo com esta invenção é um método para usar, como uma fonte de calor, o calor gerado ao executar o segundo estágio de reação do método de tratamento por reação do resíduo orgânico de acordo com o segundo aspecto desta invenção, ou calor gerado ao executar o método de tratamento por reação para o resíduo orgânico de acordo com o terceiro aspecto desta invenção.
[0078] Este método para utilizar a energia térmica usa o calor gerado pela reação química do resíduo orgânico quando colocado em contato com oxigênio e monóxido de carbono em uma temperatura igual ou maior que a predeterminada, o que faz com que haja uma elevação de temperatura de acordo com o segundo estágio de reação do segundo método de tratamento por reação ou o terceiro método de tratamento por reação.
[0079] Como um método detalhado para utilizar a energia térmica, um método que troca o calor de vapor de água gerado após descartar resíduo orgânico no recipiente, como uma fonte de calor, pode ser usado. Neste caso, um trocador de calor pode ser usado. O troca-dor de calor pode ser fornecido diretamente ou por meio de um tubo para o recipiente de tal maneira que um vapor de alta temperatura é introduzido a partir do recipiente e fornecido externamente como uma fonte de calor lateral de alta temperatura.
[0080] Alternativamente, o método pode utilizar, para refrigerar e aquecer o ar, o vapor de água gerado após tratamento por reação de resíduo orgânico no recipiente, como uma fonte de calor para um agente refrigerante.
[0081] Por gastar aproximadamente igual ou mais que 3 dias e igual ou menos que 14 dias para a temperatura do resíduo orgânico elevar sua temperatura para 100°C ou 200°C, por exe mplo, no caso em que o calor gerado pela reação química é para ser usado como uma fonte de calor, um número múltiplo dos dispositivos de tratamento por reação mostrado na figura 2 pode ser fornecido, e os dispositivos de tratamento por reação podem ser operados à medida que o período de introdução para o resíduo orgânico é mudado sequencialmente, de maneira que a fonte de calor pode ser usada continuamente.
[0082] Para tal utilização, é preferível que o vapor que foi resfriado por um trocador de calor seja circulado para dentro do recipiente de tratamento por reação de novo para reciclar a umidade. E assim fazendo, a carbonização do resíduo orgânico pode ser suprimida, e o resíduo orgânico pode ser usado continuamente por um tempo relativamente longo como um recurso de calor.
Exemplos [0083] A seguir, o método de tratamento por reação do resíduo orgânico de acordo com esta invenção é explicado detalhadamente ao se referir a experimentos específicos.
Experimento 1 [0084] Como o Experimento 1, um teste de reação foi executado sob uma pressão levemente alta. Como uma amostra para o teste, excrementos (resíduos) de vaca leiteira obtidos de uma fazenda do Departamento de Agricultura da Universidade de Utsunomiya foram usados no teste após ajustar seu teor de água em aproximadamente 50%-60% em peso e o resíduo orgânico sendo deixado de lado em 30°C por aproximadamente 15 horas. Para o dispositivo de teste, um dispositivo de reação com pressão levemente alta tendo uma forma estrutural similar à forma mostrada na figura 2 é usado. 220 g de uma amostra (teor de água: 51,6% em peso) é colocado em um reator com volume útil de 1 litro. Após fechar a abertura de exaustão do reator, ar é alimentado para dentro do reator proveniente do tanque de ar para manter a pressão no reator em 1 MPa. O teste foi completado quando a temperatura alcançou aproximadamente 110°C a 120° C em consideração às características do dispositivo de teste usado.
[0085] O gás durante a reação do Experimento 1 foi analisado. A concentração do gás durante a reação foi medida usando um detector de gás (GASTEC, Japão). Para a reação com pressão levemente alta, o gás foi coletado com um saco de coleta de gás com volume útil de 1 litro e medido. Para a reação sem pressão, o gás foi medido diretamente pela abertura de exaustão do reator. Os gases submetidos à análise foram oxigênio, monóxido de carbono, dióxido de carbono e amônio.
Experimento 2 [0086] Como o Experimento 2, um teste de reação foi executado sob uma pressão normal. Uma amostra igual à amostra usada no Experimento 1 foi usada para o teste. O dispositivo de teste foi também o mesmo dispositivo usado no Experimento 1. 250 g da amostra (teor de água de 61,0% em peso) foram colocadas em um reator com volume útil de 1 litro. Aproximadamente 0,6 Lmin-1-kg-vm-1 de ar foi escoado no reator. Após alcançar uma temperatura de compostagem de aproximadamente 70°C, uma abertura de entrada de ar e u ma abertura de exaustão de ar do reator foram fechadas para selar o reator sob uma pressão normal. Este teste foi também terminado quando a temperatura alcançou aproximadamente 110°C a 120°C em consid eração às características do dispositivo de teste usado. A análise de gás similar àquela executada no Experimento 1 também foi executada no Experimento 2.
Resultado de Mudanças de Temperatura [0087] A figura 3 é um gráfico mostrando mudanças de temperatura no Experimento 1 (teste de reação com pressão levemente alta) e no Experimento 2 (teste de reação sem pressão). Na figura 3, a letra A indica o teste de reação com pressão levemente alta do Experimento 1, a letra B indica a reação sem pressão (compostagem + selagem do reator) do Experimento 2, e a letra C indica um ponto de tempo em aproximadamente 75°C, no qual o reator foi selado (compostagem) no Experimento 2. No teste de reação com pressão levemente alta do Experimento 1, a temperatura aumentou linearmente de aproximadamente 70°C para aproximadamente 90°C e então aument ou exponen-cialmente. Adicionalmente, no teste de reação sem pressão do Experimento 2, a temperatura aumentou linearmente a partir de aproximadamente 75°C, na qual o reator foi fechado, até que o teste foi finalizado. Em ambos os casos, a temperatura alcançou aproximadamente 120°C, o que não é possível com a compostagem conve ncional. Além disso, com um recipiente que resiste a uma temperatura alta, foi confirmado que a temperatura alcançou 200°C em ambos o s casos, embora o número de dias necessários para alcançar a temperatura seja diferente.
Resultado de Taxa para Gerar Calor [0088] Nos Experimentos 1 e 2, os perfis de calor obtidos foram analisados para calcular a velocidade para gerar o calor. A figura 4 mostra o resultado do cálculo. Na figura 4, a letra A indica o teste de reação com pressão levemente alta do Experimento 1, e a letra B indica a reação sem pressão (compostagem + selagem do reator) do Experimento 2. Em ambos os casos, picos da taxa de geração de calor foram observados em aproximadamente 40°C e aproximadamente 60°C entre a temperatura normal para aproximadamente 70°C. Estes são entendidos certamente como os picos para atividades por meio de micróbio de temperatura média e micróbio de temperatura alta que são observados na compostagem normal. Entretanto, a atividade microbi-ana até aproximadamente 70°C é maior no teste de re ação sem pressão.
[0089] Por outro lado, a reação acima de aproximadamente 70°C não é possível na compostagem convencional e, portanto, é improvável que a reação fosse causada por micróbio. A partir disto, tanto no teste de reação com pressão levemente alta quanto no teste de reação sem pressão, dois tipos de reações são acelerados com base no aumento de temperatura. Isto é, tal como mostrado na figura 4, existem a reação entre a temperatura normal de aproximadamente 70°C (fase A) e a reação que acontece acima de aproximadamente 70°C (fase B). A reação na fase A é similar à compostagem. Como resultado de analisar a degradação orgânica por meio de micróbio, é entendido como uma reação bioquímica na qual um calor metabólico é gerado para aumentar a temperatura. Por outro lado, a reação na fase B não é observada na compostagem convencional. É entendido que a temperatura é elevada por meio de uma reação química.
Resultado do Gás do Experimento 1 [0090] A figura 5 é um gráfico mostrando mudanças de temperaturas e concentrações de gás no teste de reação com pressão levemente alta do Experimento 1. Imediatamente após o início da reação, oxigênio foi consumido pela atividade de micróbio, reduzindo assim a concentração de oxigênio e aumentando a concentração de dióxido de carbono. Para a temperatura de aproximadamente 80°C , a concentração de oxigênio e a concentração de dióxido de carbono mudaram no mesmo nível. Entretanto, acima de aproximadamente 80°C, a concentração de oxigênio diminuiu e a concentração de dióxido de carbono aumentou.
[0091] Em contraste, a concentração do monóxido de carbono aumentou ao longo do tempo. O aumento do monóxido de carbono foi notável na temperatura igual ou maior que aproximadamente 80°C. Diminuição de concentração do oxigênio na temperatura igual ou maior que aproximadamente 90°C é suposta se originar d o consumo de oxigênio pela reação do carbono que forma a amostra (excrementos de vaca) e oxigênio (C + O2 = CO2 + 94,1 kcal, C + I/2O2 = CO + 26,4 kcal), e a reação de monóxido de carbono e oxigênio (CO + 1/2O2 = CO2 + 67,6 kcal). De forma similar, é suposto que a concentração de dióxido de carbono aumentou pelas reações discutidas anteriormente. Além do mais, devido à reação indicada acima ser uma reação exotérmica, é suposto que o aumento de temperatura na fase B é originado de cada uma de tais reações químicas.
Resultado de Análise de Gás no Experimento 2 [0092] A figura 6 é um gráfico mostrando mudanças de temperatura e de concentração de gás durante o teste de reação com pressão do Experimento 2. Similar à reação com pressão levemente alta, a concentração de oxigênio diminuiu, e a concentração de dióxido de carbono aumentou imediatamente após o início da reação, como resultado de atividades microbianas. Entretanto, no teste de reação com pressão, ar foi introduzido no reator até que a temperatura alcançou aproximadamente 75°C. Por causa disto não ser diferente da reação de compostagem convencional, a concentração de oxigênio uma vez que reduzida aumentou de novo, e a concentração de dióxido de carbono também diminuiu. Em contraste, com relação à concentração de monóxido de carbono, aproximadamente 10-50 ppm de monóxido de carbono foram esgotadas mesmo com a reação de compostagem normal. Adicionalmente, amônio indicou uma alta concentração de exaustão na temperatura sendo de aproximadamente 70°C ou mais. [0093] Para a reação sem aplicação de pressão, a temperatura máxima na composição (fase A) é aproximadamente 75°C. Deste ponto, a abertura para entrada de gás e a abertura para escapamento de gás do reator foram fechadas. Imediatamente dali em diante, a concentração de oxigênio diminuiu rapidamente para 6% ou menos, que é a faixa de detecção do tudo de detecção de gás. Baseado nisto, presume-se que a concentração de dióxido de carbono aumentou devido à reação química similar àquela com pressão levemente alta. Em contraste, monóxido de carbono começou rapidamente a aumentar após fechamento do reator e aumentou para 1500ppm em aproximadamente 100°C. Entretanto, apesar da concentração de oxi gênio cair abaixo do limite de detecção de aproximadamente 80°C para aproximadamente 100°C, a concentração de monóxido de carbono e dióxido de carbono tornou-se consideravelmente alta. Para o monóxido de carbono e dióxido de carbono serem gerados, oxigênio precisa se ligar com carbono ou dióxido de carbono. No entanto, visto que a concentração de oxigênio é extremamente baixa, presume-se que o oxigênio é fornecido do componente do resíduo orgânico, embora isto não tenha sido comprovado.
[0094] Com respeito ao mecanismo de aumento de temperatura durante a reação sem aplicação de pressão, similar à reação de pressão levemente alta, é suposto que a temperatura aumentou por causa de uma reação bioquímica por meio de micróbio na fase A entre a temperatura normal e aproximadamente 70°C e a tempe ratura alta excedendo aproximadamente 70°C a aproximadamente 120° C foi por causa de uma reação química de C + O2 = CO2 + 94,1 kcal, C + 1/2O2 = CO + 26,4 kcal, e CO + 1/2O2 = CO2 + 67,6 kcal. Além disso, foi confirmado que a temperatura aumenta para uma temperatura extremamente alta independente da existência de pressão. Entretanto, sob a reação sem pressão, o aumento de temperatura na fase B foi linear, e a temperatura e taxa de geração de calor aumentaram exponencial-mente a partir de aproximadamente 90°C com a pressã o levemente alta. Portanto, é suposto que a pressão contribui para o aumento ex-ponencial da temperatura acima de aproximadamente 90°C.
Estudo de Efeitos por Monóxido de carbono na Fase B
[0095] A figura 7 é um gráfico mostrando resultados de mudanças na temperatura no teste de reação de gás somente com oxigênio e monóxido de carbono. Se a reação na fase B for originada principalmente pelos gases de monóxido de carbono, a temperatura deve aumentar ao encher um reator vazio somente com ar e monóxido de carbono. Após encher o reator com ar e monóxido de carbono e aquecer de modo forçado o reator de aproximadamente 60°C pa ra aproximadamente 80°C, foi confirmado que a temperatura aumentou sob a pressão normal e pressão levemente alta somente com o ar e monóxido de carbono. Certamente, tal como uma referência, a reação com pressão levemente alta foi executada somente com o ar, e a temperatura não aumentou. Entretanto, após conduzir o teste ao misturar o ar e "gás após a reação com pressão levemente alta usando excrementos de vaca, a temperatura aumentou quando a concentração de monóxido de carbono era 100 ppm, mas a temperatura diminuiu quando a concentração de monóxido de carbono era igual ou menor que 25 ppm. Foi observado que uma concentração mínima de monóxido de carbono era necessária para aumentar a temperatura.
[0096] Em contraste, no caso de executar a reação usando o ar e em contraste, no caso de executar a reação usando o ar e monóxido de carbono na temperatura ambiente, o aumento de temperatura não foi observado sob a pressão normal e pressão levemente alta. Consequentemente, é assumido que uma certa quantidade de temperatura é requerida para iniciar a reação pelo ar e monóxido de carbono. Destes, foi provado que a reação na fase B é uma reação química gasosa, e que o monóxido de carbono participa da reação. Além disso, tornou-se aparente que uma temperatura e concentração de monóxido de carbono mínimas são necessárias para iniciar a reação.
Reação Com Pressão Levemente Alta de Biomassa do Tipo Seca [0097] A figura 8 é um gráfico mostrando mudanças na temperatura durante a execução da reação com pressão levemente alta após aquecer excrementos de vaca secos de aproximadamente 50°C a aproximadamente 70°C. Durante o início da reação com pressão levemente alta a partir de 70°C, a temperatura aumentou mesmo quando o teor de água era de ϋ% em peso. Portanto, foi confirmado que o teor de água de amostra não se envolve com a reação gasosa na fase B. Por outro lado, no caso de uma amostra de referência (teor de água: 69,5% em peso) para a qual a reação com pressão levemente alta foi iniciada sob pressão normal, a temperatura diminuiu. É considerado que o monóxido de carbono necessário para a reação de aumento de temperatura não foi suficientemente esgotado sob pressão normal. Portanto, foi suposto que a pressão tem um efeito de induzir facilmente a geração do monóxido de carbono a partir da amostra, que é o substrato.
[0098] Além disso, o aumento em temperatura também foi confirmado quando a temperatura inicial para o teste de reação com pressão levemente alta é estabelecida em 55°C. Entretanto, o aumento em temperatura não foi confirmado quando o teste de reação com pressão levemente alta foi iniciado a partir de 50°C. Porta nto, a reação química principalmente com gás monóxido de carbono na fase B é considerada iniciada a pelo menos 55°C ou mais.
[0099] A figura 9 é um gráfico mostrando mudanças na temperatura na reação com pressão levemente alta usando biomassa do tipo seca (aparas de madeira, arroz integral) excluindo excrementos de vaca. Durante a execução da reação com pressão levemente alta a partir de aproximadamente 70°C, a temperatura aumentou tanto para as aparas de madeira quanto para arroz integral. Isto significa que a temperatura pode ser elevada se existir uma matéria orgânica (incluindo C) que gera monóxido de carbono. Isto suplementa que a reação gasosa na fase B inicia em uma temperatura igual ou maior que 55°C, similar aos excrementos de vaca.
Degradação de Matéria Orgânica na Fase B
[00100] A Tabela 1 mostra mudanças de uma razão VM (razão de teor de matéria orgânica) antes e após a reação gasosa na fase B. Na fase B, a razão VM antes e após a reação não muda. Portanto, degradação de matéria orgânica não pode ser esperada. É entendido que a degradação de matéria orgânica na reação com pressão levemente alta inicia na temperatura ambiente e a reação sem pressão é resultado principalmente da degradação microbiana na fase A.
Tabela 1 Mudanças de Uma Razão VM Antes e Após a Reação [00101] A partir dos resultados mostrados nas figuras 3-9 e na Tabela 1, as declarações seguintes podem ser feitas. (1) Uma temperatura alta igual ou maior que 120°C (confirmado até aproximadamente 200°C) pode ser gerada tan to na reação com pressão levemente alta quanto na reação sem pressão (compos-tagem + reator selado). (2) A temperatura aumentou pelos dois tipos de reações seguintes tanto na reação com pressão levemente alta quanto na reação sem pressão.
Reação 1 (fase A: temperatura ambiente, aproximadamente 70°C): uma reação bioquímica na qual calor metabóli co é gerado por degradação de matéria orgânica por micróbio; e Reação 2 (fase B: de aproximadamente 70°C): as reações gasosas seguintes nas quais monóxido de carbono gerado a partir da matéria orgânica envolvem: C + O2 = CO2 + 94,1 kcal (394,3 kJ); C + 1/2O2 = CO + 26,4 kcal (110,6 kJ); e CO + 1/2O2 = CO2 + 67,6 kcal (283,7 kJ). (3) A reação gasosa na fase B é suposta iniciar-se com concentração de monóxido de carbono igual ou maior que 50 ppm e temperatura igual ou maior que 55°C. Entretanto, qu ando a geração de calor por meio de micróbio é esperada, é mais efetivo utilizar, para temperatura aumentar para 70°C, a reação bioquímica por meio de micróbio que produz uma maior quantidade de calor. (4) A reação gasosa na fase B pode aumentar a temperatura com qualquer substância que não dependa de um teor de água ou que tenha carbono como um substrato. (5) Monóxido de carbono é descarregado de uma reação de compostagem normal.
Breve Descrição dos Desenhos [00102] A figura 1 é um gráfico que mostra esquematicamente uma relação entre o tempo e temperatura interna de um recipiente quando oxigênio é fornecido de modo forçado para o interior de um resíduo orgânico em um estado de lama, no qual o oxigênio é difícil de penetrar quando o resíduo orgânico é deixado de lado, e no qual reações bioquímicas por meio de micróbio são difíceis de ocorrer.
[00103] A figura 2 é um diagrama estrutural mostrando um exemplo de um dispositivo de tratamento por reação para o resíduo orgânico desta invenção.
[00104] A figura 3 é um gráfico mostrando mudanças de temperaturas do Experimento 1 (teste de reação com pressão levemente alta) e do Experimento 2 (teste de reação sem pressão).
[00105] A figura 4 é um gráfico mostrando resultados de taxa de geração de calor obtidos ao analisar perfis de temperatura dos Experimentos 1 e 2.
[00106] A figura 5 é um gráfico mostrando mudanças de temperatura e de concentração de gás no teste de reação com pressão levemente alta do Experimento 1.
[00107] A figura 6 é um gráfico mostrando mudanças de temperatura e de concentração de gás no teste de reação sem pressão do Experimento 2.
[00108] A figura 7 é um gráfico mostrando resultados de mudanças de temperatura de teste de reação de gás usando somente ar e monóxido de carbono.
[00109] A figura 8 é um gráfico mostrando mudanças de temperatura para a reação com pressão levemente alta após aquecer excrementos de vaca secos de aproximadamente 50°C a apro ximadamente 70°C.
[00110] A figura 9 é um gráfico mostrando mudanças de temperatura para a reação com pressão levemente alta de biomassa do tipo seca (aparas de madeira e arroz integral), excluindo os excrementos de vaca.
Listagem de Referência 1 Tanque de alta pressão 2 Recipiente 3 Tubo de injeção de gás 4 Primeira válvula 5 Tubo de exaustão de gás 6 Segunda válvula 7 Câmara de isolamento de calor A Reação com pressão levemente alta B Reação sem pressão (compostagem e selagem de reator) C Selagem de reator (compostagem) REIVINDICAÇÃO

Claims (1)

1. Método para dispor um resíduo orgânico que é excremento de animal ou um produto de resíduo agrícola, o qual totalmente tem um teor de água de 80% ou mais, ou um produto de resíduo de alimento que totalmente tem um teor de água de 40% ou mais caracterizado pelo fato de que compreende: um primeiro estágio de reação incluindo: fornecer de modo forçado oxigênio para dentro do resíduo orgânico ao colocar o resíduo orgânico em um recipiente hermético compressível por ar e injetar ar no recipiente acima de uma pressão atmosférica e igual ou menor que 15 pressões atmosféricas; ou injetar oxigênio diretamente dentro do resíduo orgânico usando um tubo para aumentar a temperatura interna do resíduo orgânico por meio de uma reação bioquímica do micróbio existente no resíduo orgânico; e um segundo estágio de reação, quando a temperatura do resíduo orgânico for de pelo menos 55 °C ou maior no recipiente hermético do primeiro estágio de reação, incluindo manter o resíduo orgânico na presença de oxigênio e monóxido de carbono igual ou maior do que 100ppm originados a partir do resíduo orgânicos após o primeiro estágio de reação, para aumentar a temperatura do resíduo orgânico para uma temperatura de 100 °C ou 200 °C.
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