ITCE20110007A1

ITCE20110007A1 - Apparato e procedimento per l'accellerazione della biodegradabilita'

Info

Publication number: ITCE20110007A1
Application number: IT000007A
Authority: IT
Inventors: Giuseppe Ferri; Umberto Ferri
Original assignee: Kinnova Srl
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2013-05-25

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

“APPARATO E PROCEDIMENTO PER L’ACCELERAZIONE DELLA BIODEGRADABILITÀ’

La presente invenzione riguarda un apparato e un procedimento per l’accelerazione della biodegradabilità di materiali organici formati da: residui vegetali, residui di lavorazione agricola, legno, scarti alimentari o da produzioni agroalimentari, scarti organici originati dai RSU differenziati, deiezione animali, fanghi di depurazione.

Più dettagliatamente, l’invenzione riguarda un apparato e un procedimento del tipo detto che attivando in modo alterno il processo di biodegradabilità aerobico e anaerobico e controllandone i parametri critici (preferibilmente temperatura, pressione, Ph, umidità, porosità, % 02, % C02), mediante sistema di controllo automatico e sistemi di feedback, compreso insufflaggio e/o aspirazione di aria e/o gas, e irrorazione di liquidi, di enzimi e/o di batteri, di rivoltamento meccanico e di pipeline per la gestione dell’input e dell’output, ne accelera l’efficacia raggiungendo in tempi ridotti i risultati attesi, cioè compost (come per il processo tradizionale aerobico), fonte rinnovabile di energia (biogas) e concime come per il processo tradizionale anaerobico.

Com’è noto, gli attuali apparati per la lavorazione dei materiali organici si differenziano in due macro categorie: digestori aerobici e digestori anaerobici.

Il digestore aerobico o compostatore è utilizzato prevalentemente per il trattamento di matrici composte da materiali organici con prevalenza della frazione solida (di seguito FS), ed è finalizzato ad ottenere ammendante compostato stabilizzato e igienizzato da utilizzare in agricoltura o nelle bonifiche ambientali. Il processo attualmente più utilizzato è quello a rivoltamento di cumulo aH’aperto o in capannoni, mediante automezzi meccanici o tramogge ad immersione in vasche di stoccaggio, oppure in cumulo senza rivoltamento, o ancor meno frequentemente in bioreattori chiusi. Tate processo impone la necessità di adottare presidi ambientali per l’abbattimento degli odori.

Il digestore anaerobico normalmente utilizzato con matrici organiche umide FS< 10, ma che può essere utilizzato anche con matrici organiche secche FS>20%, è finalizzato alla produzione di biogas, quindi di energia proveniente da fonte rinnovabile a emissione nulla di C02in atmosfera; genera inoltre scarti costituiti da digestato, cioè materiale organico non totalmente digerito e non stabilizzato, da igienizzare per ridurne la carica patogena e fitotossica e da acqua di processo in eccesso che deve essere smaltita con opportuni presidi.

Alla luce di quanto sopra, appare evidente la necessità di sviluppare soluzioni tecniche che consentano di minimizzare gli aspetti negativi dei processi aerobici e anaerobici, sfruttandone sinergicamente i vantaggi e abbreviandone nel complesso i tempi di lavorazione.

Questi e altri risultati sono ottenuti con una soluzione secondo l’invenzione che, combinando ed alternando in modo opportuno i due processi di digestione aerobica e anaerobica condotti in condizioni ottimali in un’unica macchina, consente di ottenere compost, concime e surplus di energia derivante da fonti alternative e a emissione nulla di C02,a fronte di nessun conferimento in discarica di scarti di lavorazione e in tempi estremamente ridotti.

Questa ed altre caratteristiche risulteranno maggiormente evidenziate dalla descrizione seguente di una preferita forma realizzativa, illustrata a puro titolo esemplificativo e non limitativo nelle unite tavole di disegno, in cui:

la fig. 1 illustra schematicamente in vista laterale una macchina secondo il presente trovato

la fig. 2 illustra schematicamente in sezione la macchina di fig. 1

le fig. 3 e 4 illustrano schematicamente in sezione laterale e in sezione laterale ortogonale la macchina di fig. 1

la fig. 5 illustra la sezione della corona dentata e del piping esterno della macchina di fig. 1

la fig. 6 illustra un dettaglio interno della macchina di fig. 1.

e dalla descrizione di alcuni preferiti modi di funzionamento del procedimento e di installazione, illustrati a puro titolo esemplificativo e non limitativo.

Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione un apparato di forma cilindrica (1), costruita in lamiera di acciaio e rivestita con isolamento termico (26), posta in posizione orizzontale con adeguata inclinazione finalizzata al rapido deflusso del percolato nella parte inferiore (25), fissata su plinti di cemento armato (12), e che ha botole di carico (18), scarico (19) e di sicurezza (20), nonché oblò di ispezione (17).

Preferibilmente secondo l'invenzione, detto apparato è dotato di n.2 motori (28), installati su supporti (30), che azionano il movimento rotatorio a mezzo di n.2 corone dentate (14), nel cui mezzo è posizionato il piping (fig. 5) per le connessioni di input/output.

Ancora secondo l’invenzione, l’ambiente interno è suddiviso in una parte superiore adibita a mescolatori (15) solidale con il corpo cilindrico, in una parte centrale costituita da sonde (10) per la misurazione dei parametri chimico/fisici, preferibilmente termometri (21), igrometri (22), Phmetro (33), pressostati (34), misuratori di gas (35) e da serpentine metalliche in cui circolano, separati, vari elementi: acqua calda e fredda (27), prelievo gas (2), aria calda e fredda (4) (5), riciclo acqua calda e fredda (6) (8), insufflatore di gas (3), nebulizzatore di enzimi e batteri (7), sterilizzatore (9), insufflatore di acidi e basi (31) e (32), e speciali ugelli per irrorazioni (29); dette serpentine sono trattenute con regi tubazioni (23) solidali con ì mozzi destri e sinistri (13) infine in una parte inferiore dove alloggiate due coclee (11) solidali con il corpo del cilindro azionate dai motori (28) a mezzo di puleggia e cinghia dentata (16) .

Ancora secondo l'invenzione, detto apparato comprende un sistema di monitoraggio e controllo costituito preferibilmente da PLC e quadro comandi (36) per la gestione automatica del processo di digestione nei modi di funzionamento pre configurati, nonché di attuatori, preferibilmente del tipo elettrovalvole (24).

Ancora secondo l'invenzione e indipendentemente dal processo di lavorazione in atto all’interno del trovato, la parte centrale dello stesso rimane fissa e solidale con i due mozzi, mentre la parte esterna congiuntamente alle coclee e ai miscelatori ruota in senso orario e/o antiorario.

Preferibilmente secondo l’invenzione le dimensioni del cilindro sono pari ad una base di raggio 2 m ed altezza 8 m, per un volume complessivo di circa 100 m<3>atta a gestire lavorazioni in batch size di circa 120 t.

Preferibilmente secondo l’invenzione la macchina è utilizzata secondo il procedimento descritto nei seguenti modi di funzionamento:

aerobico puro: il trovato è utilizzato per la lavorazione secondo il processo aerobico, immettendo la matrice organica pretrattata (tritata, vagliata, mixata con strutturante e liquidi) al fine di soddisfare i requisiti ottimali per la buona riuscita del processo, e cioè preferibilmente: rapporto C/N = 15:1 , porosità > 35% e dimensioni del particolato comprese tra 0,5 cm e 5 cm. Il trovato agendo sui parametri chimico/fisici tramite i sistemi feedback, e cioè mantenendo preferibilmente i valori di Ph a 6 immettendo all’interno materiale con caratteristiche basiche o acide, di temperatura a 35° e 55° a seconda della fase (mesofila o termofila) immettendo all’interno delle serpentine (27) acqua calda o fredda, di umidità tra il 55% e 70% immettendo all’interno liquido nebulizzato tramite insufflatore (7), di %02tra il 5% e 10% immettendo all'interno ossigeno tramite insufflatore di gas (3), mescolando preferibilmente con velocità pari a 10 cicli/minuto per la durata di 5 minuti ogni 24 ore, consente di mantenere le condizioni ottimali per la miglior riuscita del processo. Il trovato infatti, accelera il processo di digestione aerobica in quanto tramite il controllo sui parametri chimico/fisici, oltre a garantire le condizioni ottimali di digestione, accorcia i transitori tra le fasi psicrofila-mesofila e mesofila-termofila caratterizzanti il processo ed in aggiunta all’immissione di enzimi e/o batteri tramite insufflatore (7), ne aumenta l’efficacia (digeribilità) accorciandone i tempi di lavorazione. Il trovato lavorando preferibilmente secondo la sequenza di regime mesofilo per 2 gg, termofilo per 12 gg e mesofilo per 1 gg, ha un tempo di ritenzione pari a 15 gg; il risultato finale è un compost igienizzato e stabilizzato pronto per la commercializzazione in quantità pari al 40-50% della massa iniziale, anaerobico puro: il trovato è utilizzato per la lavorazione secondo il processo anaerobico, immettendo la matrice organica pretrattata (tritata, vagliata, mixata con liquidi) al fine di soddisfare i requisiti ottimali per la buona riuscita del processo, e cioè preferibilmente un rapporto C/N pari a 30:1 e particolato di dimensioni comprese tra 0,5 e 5 cm. Il trovato agendo sui parametri chimico/fisici tramite sistemi feedback, e cioè mantenendo preferibilmente i valori di Ph a 7 immettendo all’interno materiale con caratteristiche basiche o acide tramite insufflatore di acidi e basi (31) e (32), di temperatura a 38° o 60° a seconda della fase (mesofila o termofila) immettendo all’interno delle serpentine (27) acqua calda o fredda, di %02< 1% immettendo all’interno biogas ricircolato tramite insufflatore di gas (3), mescolando preferibilmente con velocità pari a 10 cicli/minuto, consente di mantenere le condizioni ottimali per la miglior riuscita del processo. Il trovato infatti, accelera il processo di digestione anaerobica in quanto tramite il controllo sui parametri chimico/fisici garantisce le condizioni ottimali di digestione caratterizzanti il processo e in aggiunta all'immissione di enzimi e/o batteri tramite insufflatore (7), ne aumenta l’efficacia (digeribilità) accorciandone i tempi di lavorazione. Il trovato lavorando preferibilmente in regime mesofilo per 25 gg o termofilo per 12 gg produce biogas in quantità pari a 50-60% della massa iniziale e digestato pari al 30-40% della massa iniziale da trattare tramite post-compostaggio aerobico ed acqua di processo da trattare pari al 10-20% della massa iniziale.

misto aerobico/anaerobico/aerobico: il trovato è utilizzato per la lavorazione secondo il procedimento aerobico/anaerobico/aerobico, immettendo la matrice organica pretrattata (tritata, vagliata, mixata con strutturante e liquidi) al fine di soddisfare i requisiti ottimali per la buona riuscita del processo, e cioè preferibilmente un rapporto C/N pari a 20:1 , porosità pari al 35% e dimensioni del particolato comprese tra 0,5 cm e 5 cm.

Il trovato lavorando preferibilmente in regime aerobico mesofilo per 2gg, in regime aerobico termofilo per 5 gg, anaerobico termofilo per 15 gg e aerobico termofilo per 2 gg, mantenendo costanti in ognuno dei suddetti regimi i parametri chimico/fisici ottimali descritti in Tab. 1 mediante i sistemi di feedback e provvedendo aH’immissione di enzimi e/o batteri tramite insufflatore (7), riesce in un unico ciclo di lavorazione lungo 24 gg a produrre biogas in quantità pari al 40% della massa iniziale e compost stabilizzato ed igienizzato pari

Tab. 1 al 40% della

massa

iniziale, in

assenza di

acqua di

processo da smaltire come nel processo anaerobico in quanto ricircolata nella fase aerobica.

misto anaerobico/aerobico: il trovato è utilizzato per la lavorazione secondo il procedimento anaerobico/aerobico, immettendo la matrice organica pretrattata (tritata, vagliata, mixata con liquidi) al fine di soddisfare i requisiti ottimali per la buona riuscita del processo, e cioè preferibilmente un rapporto C/N pari a 30:1 e dimensioni del particolato comprese tra 0,5 cm e 5 cm.

Il trovato lavorando preferibilmente in regime anaerobico termofilo per 15 gg e in regime aerobico termofilo per 5 gg, mantenendo costanti in ognuno dei suddetti regimi i parametri chimico/fisici ottimali descritti in Tab. 2

Tab. 2 mediante i

sistemi di

feedback e

provvedendo

all'immissione di enzimi e/o batteri tramite insufflatore (7), riesce in un unico ciclo di lavorazione lungo 20 gg a produrre biogas in quantità pari al 60% della massa iniziale e compost stabilizzato ed igienizzato pari al 20% della massa iniziale. Preferibilmente secondo l’invenzione la macchina è installata in cluster in idoneo impianto industriale appositamente dotato di macchinari atti alla gestione del processo a monte e valle dell’apparato, nonché degli opportuni presidi atti a minimizzare l’impatto delle lavorazioni sull’ambiente.

La presente invenzione è stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme preferite di realizzazione e di funzionamento, ma è da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti nel ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la digestione di matrice organica comprendente le seguenti fasi: • fase di digestione aerobica • fase di digestione anaerobica caratterizzato dal fatto che le due fasi vengono svolte alternativamente dallo stesso apparato.
2. Procedimento, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che la fase di digestione anaerobica viene preceduta e seguita da almeno una fase di digestione aerobica.
3. Procedimento, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che la fase di digestione anaerobica viene seguita da almeno una fase di digestione aerobica.
4. Procedimento, secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la fase anaerobica viene preceduta da almeno una fase aerobica condotta su matrice organica pretrattata al fine di ottenere un rapporto C/N pari a 20:1 , dimensioni del particolato comprese tra 0,5 cm e 5 cm e porosità pari almeno al 35%, per 2 gg alla temperatura di 35°, con percentuale di 02pari almeno al 10%, con UR pari almeno al 65%, con Ph pari a 6,5, mescolando la matrice organica 1 volta la giorno per 1 minuto con la velocità di 10 cicli/minuto.
5. Procedimento, secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la fase anaerobica viene preceduta da almeno una fase aerobica condotta per 5 gg alla temperatura di almeno 55°, con percentuale di 02pari almeno al 10%, con UR pari almeno al 65%, con Ph pari a 6,5, mescolando la matrice organica 1 volta al giorno per 1 minuto con la velocità di 10 cicli/minuto.
6. Procedimento, secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la fase anaerobica è condotta per 15 gg alla temperatura di almeno 55°, con percentuale di 02<1 %, con Ph pari a 7, mescolando la matrice organica in continuo.
7. Procedimento, secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la fase anaerobica viene seguita da almeno una fase aerobica condotta per 2 gg alla temperatura di almeno 55°, con percentuale di 02pari almeno al 10%, con UR pari almeno al 65%, con Ph pari a 6,5, mescolando la matrice organica 1 volta la giorno per 5 minuto con la velocità di 10 cicli/minuto.
8. Procedimento, secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che la fase anaerobica viene seguita da almeno una fase aerobica condotta su matrice organica pretrattata al fine di ottenere un rapporto C/N pari a 30:1, dimensioni del particolato comprese tra 0,5 cm e 5 cm, per 5 gg alla temperatura di almeno 55°, con percentuale di 02pari almeno al 10%, con UR pari almeno al 65%, con Ph pari a 6, mescolando la matrice organica 1 volta la giorno per 5 minuto con la velocità di 10 cicli/minuto.
9. Procedimento, secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che la fase anaerobica è condotta per 15 gg alla temperatura di almeno 55°, con percentuale di 02<1%, con Ph pari a 7, mescolando la matrice organica in continuo.
10. Digestore di matrice organica comprendente almeno un corpo cilindrico per l’alloggiamento della matrice stessa, caratterizzato dal fatto che l’apparato è provvisto di mezzi atti ad indurre la rotazione di tale corpo cilindrico intorno al proprio asse longitudinale.
11. Digestore, secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che comprende un corpo centrale costituito da tubi, serpentine e sonde che formano almeno due superfici piane intersecate lungo l’intero l’asse longitudinale.
12. Digestore, secondo la rivendicazione 11 , caratterizzato dal fatto che almeno una superfice piana è costituita da almeno sonde per la misurazione della temperatura, della pressione, della %02, della %C02, del Ph e deH’umidità.
13. Digestore, secondo la rivendicazione 11 , caratterizzato dal fatto che almeno una superfìcie piana è costituita da almeno serpentine per acqua calda e fredda, per aria calda e fredda, per prelievo e insufflaggio di gas, per riciclo acqua calda e fredda, per nebulizzazione di enzimi e batteri, per sterilizzazione, per insufflaggio di acidi e basi, e da ugelli per irrorazione.
14. Digestore, secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che comprende ulteriormente almeno una coclea per lo scarico della matrice organica.
15. Digestore, secondo una qualunque delle rivendicazioni da 10 a 14, caratterizzato dal fatto che comprende ulteriormente un sistema di monitoraggio e di controllo numerico.
16. Impianto industriale, secondo una qualunque delle rivendicazioni da 10 a 15, contenente uno o più digestori.
17. Uso del digestore, secondo una qualunque delle rivendicazioni da 10 a 15, per la produzione di uno almeno tra compost, biogas e concime.