PT1551781E

PT1551781E - Método e equipamento para processar matéria orgânica

Info

Publication number: PT1551781E
Application number: PT03725246T
Authority: PT
Inventors: Jussi Jaerventie
Original assignee: Preseco Oy
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2010-03-10
Also published as: CA2486638A1; DE60330583D1; EP1551781A1; WO2003097560A1; WO2003097560A8; CN1656043A; US7160456B2; AU2003227796A1; DE03725246T1; CN100390106C; ATE452115T1; FI20030705A0; ES2255892T3; DK1551781T3; SI1551781T1; FI20030705A; US20050155928A1; EP1551781B1; NO20045046L; ES2255892T1

Description

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DESCRIÇÃO "MÉTODO E EQUIPAMENTO PARA PROCESSAR MATÉRIA ORGÂNICA"

ANTECEDENTES DO INVENTO O invento está relacionado com um método para processar matéria orgânica e, particularmente com um método, que utiliza matéria orgânica com elevado teor amoniacal na limpeza de um biogás produzido na degradação, e com equipamento para implementar o método. 0 invento também está relacionado com produtos obtidos pelo método. A publicação US 4.824.571 divulga um método e equipamento para degradação de vários residuos e produtos orgânicos num meio anaeróbio. 0 método gera produtos degradados e biogás. No método a massa a ser degradada é introduzida numa cuba de fermentação e o biogás produzido é recuperado. Depois disso o biogás é realimentado de volta para a cuba desde o fundo para assim fornecer um efeito de fluidificação. A publicação US 4.302.236 divulga uma utilização de um sistema de compostagem para lavagem de emanação de gases. No método, são removidos constituintes inorgânicos formadores de ácido de um fluxo de gás rico em enxofre, em particular. Grupos inorgânicos formam ácidos inorgânicos na presença de oxigénio ou de água. O fluxo de gás a ser limpo é passado através de um resíduo activo de compostagem orgânico biodegradável, o qual é mantido sob condições da fase de digestão de bactéria termófila. A publicação WO 93/06 064 divulga um método para neutralizar e recuperar gases formados em ligação com 2 compostagem húmida. 0 objectivo do invento descrito na publicação é tornar inofensivos os gases de estrume nocivos, tóxicos e/ou poluentes. De acordo com a publicação parte dos gases é reciclada para a massa de compostagem para assim melhorar o seu valor nutritivo. A publicação DE 3.134.980 divulga um método para misturar biomassa num ambiente livre de oxigénio num reactor de biogás através de biogás produzido por estirpes de bactérias e armazenado num armazenador de biogás. No método a biomassa é misturada com sopragens periódicas de biogás. A necessária pressão do biogás é fornecida através das estirpes de bactérias no reactor de biogás. O reactor está fechado externamente e comunica com o recipiente de pressão de biogás. A pressão é libertada no recipiente de pressão de biogás e de seguida é soprada para dentro da biomassa, a partir de onde o biogás é posteriormente conduzido para o interior de um reservatório de biogás. 0 pedido de patente EP 486.466 divulga um método para decomposição biológica aeróbica controlada e continua de residuos orgânicos. A matéria da decomposição, a gual é opcionalmente inoculada com uma mistura de bactérias e micróbios, é alimentada para o interior da matéria nos residuos microbiológicos e a matéria degradada é removida, pelo que um gás contendo oxigénio é passado para o interior da degradação. O objectivo do método descrito na publicação é controlar a degradação dos produtos que contém azoto. No método, é adicionado gás C02 ao gás que contém oxigénio, em função do conteúdo de NH3 e do pH do produto da degradação, em que o gás é misturado com uma fracção que contém muito pouco, ou nenhum, azoto. O método descrito na publicação é um método aeróbio. 3 A matéria orgânica é recebida de várias fontes de produtos de origem animal ou vegetal. Um problema das fábricas de degradação de matéria orgânica é o de a disponibilidade de matéria para ser processada tem uma dependência sazonal e dentro de um curto período de tempo a fábrica tem que ter capacidade de processar quantidades mesmo elevadas de sólidos de matéria orgânica, porque eles não permitem armazenamento por longo tempo. A conservação de matéria orgânica coloca vários problemas, por exemplo, a conservação produz NH3, que é um composto tóxico e impede os micróbios de trabalharem. Actualmente os reactores de bioconversão permitem apenas a introdução de baixo conteúdo de sólidos, porque o NH3 impede a função microbiana nos reactores. A conservação de matéria orgânica produzida sazonalmente também provoca problemas, porque ela não pode ser conservada nem em condições ácidas nem básicas, se forem empregues processos de bioconversão convencionais, porque eles são sensíveis a variações no pH. Os processos de bioconversão convencionais são também extremamente sensíveis às variações de temperatura.

Para além disso, os processos convencionais produzem biogás que é rico em dióxido de carbono. 0 dióxido de carbono é um composto nocivo para o ambiente e existe um objectivo geral para se livrar dele.

BREVE DESCRIÇÃO DO INVENTO É um objectivo do invento fornecer um método e equipamento implementando o método de forma que os problemas acima mencionados possam ser resolvidos. Isto é conseguido com um método e um sistema, os quais são caracterizados pelo que é 4 divulgado nas reivindicações independentes. As formas de realização preferenciais do invento são divulgadas nas reivindicações dependentes. 0 invento está baseado na ideia de o biogás ser passado de um primeiro reactor que processa um processo de degradação, isto é hidrólise, para um segundo reactor pressurizado, o qual contém amoniaco ou matéria orgânica rica em amoníaco. Deste modo o dióxido de carbono do gás metano/dióxido de carbono misturados reagem no segundo reactor com o amoníaco formando bicarbonato de amoníaco e/ou carbonato de amónio. 0(s) composto(s) formado(s) compõe(m) uma parte de um composto tampão que não restringe os micróbios no processo com a mesma dimensão que com amoníaco livre, porque o composto tampão formado impede variações no pH que são prejudiciais aos micróbios. Por este motivo, um sedimento produzido no segundo reactor, o sedimento consistindo na massa a ser hidrolisada e o biogás e contendo um composto tampão ou compostos tampão, pode ser reciclado no primeiro reactor. A matéria orgânica a ser processada pode ser de origem vegetal ou animal. No documento presente a matéria orgânica refere-se a qualquer constituinte orgânico. A matéria altamente amoniacal refere-se neste contexto a matéria contendo amoníaco. 0 amoníaco pode ter origem quer dos bio-resíduos a serem processados separadamente, ou pode ser adicionado à matéria a ser processada, se necessário. Em particular, matérias orgânicas ricas em proteínas e/ou gorduras produzem naturalmente grandes quantidades de amoníaco. 0 amoníaco adicionado à matéria orgânica a ser processada, ou o amoníaco livre aí produzido por micróbios, amolece as membranas das células de uma forma que a 5 bioconversão, isto é a hidrólise, em si mesma acelera consideravelmente. 0 método e o equipamento do invento pode ser utilizado tanto em processos de bioconversão pressurizados como não pressurizados. 0 presente invento tem uma vantagem que é o facto de a matéria orgânica poder ser conservada em condições básicas ou ácidas antes do processo de bioconversão. Isto é particularmente vantajoso quando são para ser digeridos resíduos sazonalmente produzidos. A conservação com um ácido ou uma base pode ser finalmente utilizada em ligação com um processo de bioconversão. Anteriormente isto não tem sido possível, porque a matéria conservada com um ácido ou uma base não podia ter sido digerida novamente. A conservação com um ácido ou uma base também se refere ao facto de a matéria orgânica poder ser higienizada antes de ser trazida para a bioconversão. Nesta ligação, a higienização refere-se a matar as bactérias patogénicas na matéria. Anteriormente a higienização era executada, por exemplo, através de tratamento por aquecimento, isto é pasteurização. Deste modo, o sistema do presente invento fornece uma alternativa à higienização através de tratamento por aquecimento.

Uma vantagem com o método e o sistema do invento é que quantidades mais elevadas de matéria sólida podem ser introduzidas na bioconversão. Para além disso, resíduos microbiologicamente activos podem ser armazenados num estado mais favorável tendo em consideração a produção de metano, e de forma que o nível de higiene cumpra os requisitos das directivas Europeias, sem manipulação térmica. 0 método do invento tem uma vantagem que é o facto de ser possível reintroduzir uma solução tampão e/ou 6 matéria orgânica contendo uma solução tampão para ser processada nos reactores de hidrólise, os quais interromperam o seu processo devido ao conteúdo excessivo de amoniaco, e podem ser recomeçados. Para além disso, o método do invento torna possível conservar a matéria orgânica mais tempo que dantes, o que facilita o armazenamento. 0 amoníaco formado não impede mais o processamento, mas pelo contrário, um tempo de armazenamento longo pré-processa os resíduos. 0 método produz um produto de hidrólise e biogás, que são recuperados e que podem ser reutilizados.

Uma vantagem conseguida pelo método do invento é também que o biogás produzido por esse meio contém consideravelmente menos dióxido de carbono que o biogás produzido pelos métodos convencionais. Um biogás com baixo teor de dióxido de carbono é amigo do ambiente. 0 método e equipamento do invento têm uma vantagem que é quando o composto tampão contendo sedimentos formados no segundo reactor são reciclados para o primeiro reactor o processo estabiliza, porque as variações no pH diminuem. Em reactores convencionais de processos de hidrólise as condições mais favoráveis para os micróbios predominam no fundo do reactor. Em processos convencionais, as condições nas secções intermédias dos reactores são razoavelmente boas para os micróbios e as condições nas camadas superiores da massa no reactor são medíocres para os micróbios funcionarem. Misturar a massa a ser hidrolisada no reactor apenas torna as condições piores para os micróbios em processos de hidrólise convencionais. Em vez disso, o método do presente invento fornece condições mais favoráveis para os micróbios funcionarem, porque o composto 7 tampão formado impede variações no pH no reactor da hidrólise. Deste modo, a estabilização do processo resulta em melhores condições de processamento e numa maior massa de micróbios úteis no reactor da hidrólise. A maior massa de micróbios úteis, por sua vez, tem uma consequência que maiores quantidades de matéria orgânica podem ser alimentados para o interior do reactor da hidrólise, ou correspondentemente, se as mesmas quantidades alimentadas forem utilizadas, o tempo de processamento torna-se mais curto. 0 método do presente invento também tem uma vantagem que o composto tampão pode ser produzido apenas a partir dos constituintes do processo de hidrólise, e não haverá necessidade de adicionar químicos ao processo. A formação do composto tampão no segundo reactor, num chamado acelerador ou estabilizador, é uma forma muito económica de melhorar e acelerar o processo da hidrólise. Se um composto tampão comercialmente disponível fosse adicionado directamente ao primeiro reactor de hidrólise, ele deveria ser adicionado em quantidades elevadas e os custos de processamento aumentariam de uma forma não razoável. 0 método e equipamento do presente invento permitem a produção particularmente eficaz de biogás particularmente puro. 0 método do invento fornecer biogás tendo um elevado conteúdo de metano, porque o C02 contido no biogás alimentado para o interior do segundo reactor reage com o amoniaco e forma um composto tampão ou compostos tampão. Deste modo, o biogás é lavado no segundo reactor e não é necessária uma unidade de lavagem de biogás separada na instalação de hidrólise.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS O invento será descrito em maior detalhe em ligação com formas de realização preferenciais, fazendo referência aos desenhos juntos, Figura 1 e Figura 2, que são vistas esquemáticas da implementação de algumas formas de realização do invento. A Figura 1 mostra equipamento para implementar uma forma de realização preferencial do invento. A Figura 2 mostra equipamento para implementar uma forma de realização preferencial do invento.

DESCRIÇÃO DETALHADA DO INVENTO 0 invento está relacionado com um método para processar matéria orgânica, método o qual emprega pelo menos dois reactores e compreende os passos de a) realizar uma bioconversão na matéria orgânica em pelo menos um primeiro reactor; b) tratar o biogás formado na bioconversão com amoníaco ou uma matéria contendo amoníaco em pelo menos um segundo reactor que está pressurizado, e c) reciclar a solução tampão formada em pelo menos um segundo reactor para uma bioconversão no pelo menos um primeiro reactor.

Neste contexto a bioconversão refere-se à hidrólise, a qual é realizada parcialmente ou completamente sobre matéria orgânica. A bioconversão pode ser um processo pressurizado ou despressurizado. 9 0 primeiro reactor refere-se a um reactor ou reactores que processam a bioconversão. Pode haver uma pluralidade de reactores processando a bioconversão. 0 segundo reactor refere-se a um reactor ou reactores, nos quais é alimentada matéria orgânica parcialmente ou completamente hidrolisada e/ou amoníaco e/ou matéria contendo amoníaco e biogás. De facto, este reactor pode ser considerado um género de acelerador, que acelera o processo de bioconversão no primeiro reactor.

Os reactores podem ser quaisquer recipientes ou contentores de reacção, ou podem ser meras secções tubulares. Uma pessoa qualificada na técnica é capaz de conceber reactores adequados para satisfazer as necessidades de cada instalação particular. A matéria orgânica é alimentada para o interior de um reactor de processo de bioconversão. A pressão no reactor de processo é superior à pressão atmosférica ou à pressão atmosférica normal. À medida que a matéria orgânica se decompõe, será produzido biogás contendo CH4 e C02. 0 biogás produzido é passado através de pelo menos um segundo reactor, o qual contém amoníaco ou matéria orgânica fortemente amoniacal, em que o dióxido de carbono no gás metano/dióxido de carbono misturados reage com o amoníaco formando um composto tampão ou compostos tampão, como sejam bicarbonato de amoníaco e/ou carbonato de amónio. No segundo reactor são produzidos compostos tampão ou compostos tampão contendo sedimentos que podem ser reciclados para o primeiro reactor de bioconversão. Pode haver uma pluralidade de reactores de processo de 10 bioconversão. Também, pode haver uma pluralidade de reactores contendo amoníaco ou matéria amoniacal. O reactor ou os reactores após o reactor principal, reactores nos quais é produzido o composto tampão, são pressurizados. De forma vantajosa a pressão é pelo menos de cerca de 1,8 bar.

No segundo reactor existe assim formado o composto tampão, em que adições de ácido ou base não provocam alterações consideráveis no pH e as condições são mais favoráveis para os micróbios funcionarem. Os compostos tampão formados podem ser quaisquer compostos tendo propriedades tampão.

Quando os valores de pH no(s) reactor(es) contendo amoníaco tiverem sido trazidos para o mesmo nível que aqueles no reactor que está a processar a bioconversão, é possível alimentar a matéria orgânica do segundo reactor de volta para o primeiro reactor de processamento. Os reactores a seguir ao reactor principal, que contém amoníaco, produzem biogás lavado, cujo conteúdo de C02 é deste modo inferior ao do biogás introduzido nos reactores.

Na literatura existem várias referências à toxicidade do amoníaco. Anteriormente, um conteúdo de amoníaco de 3000 mg/1 era considerado como tóxico e um conteúdo de amoníaco de 1500 a 3000 como interdito. Agora, foi surpreendentemente descoberto, no entanto, que o conteúdo de amoníaco da matéria a ser tratada pode ser consideravelmente superior e a bioconversão tem lugar na mesma. Como pode ser visto pelos exemplos do presente documento, o conteúdo de amoníaco da massa a ser 11 hidrolisada é mais do que três vezes superior que o que anteriormente era considerado um limite interdito. 0 segundo reactor pressurizado produz bicarbonato de amoníaco , porque dois gases, amoníaco e dióxido de carbono (dissociados em iões NH4+ e HCO3), tendem a conseguir um espaço tão pequeno quanto possível. Deste modo, um reagente ião de amoníaco liga-se a um ião de ácido carbónico para obter bicarbonato de amoníaco ou carbonato de amónio, em função da quantidade de amoníaco livre na solução da reacção. Ambos estes sais actuam como tampões com o amoníaco livre bem como 0 ácido carbónico na relação mútua de 1:10. Devido às condições de vida de micróbios anaeróbios dependerem em grande parte da quantidade de amoníaco livre e do pH, por outras palavras, à medida que o pH aumenta as funções vitais dos micróbios tornam-se mais fracas, a presença de um tampão é extremamente vantajosa, particularmente em alimentações tendo um elevado conteúdo de matéria seca e matérias que já produziram amoníaco de forma aeróbia. Também, os ácidos carboxílicos, tais como ácido acético, ácido propiónico ou ácido valeriânico, formados na bioconversão ou existentes na matéria orgânica, formam um tampão com o amoníaco livre. A pressão contribui para a formação de tampões, e deste modo, o segundo reactor é vantajosamente pressurizado. A matéria orgânica a ser processada pelo método do invento pode ser conservada em condições ácidas ou base antes de ser alimentada para o interior do reactor. Isto significa que a matéria a ser introduzida na bioconversão é higienizada antes da bioconversão. 12

No método do presente invento, a bioconversão a ser realizada pode ser mesofilica ou termofilica. Neste contexto o termo mesofilica indica que a bioconversão é realizada a uma temperatura abaixo de 40°C. 0 termo termofilica indica neste contexto que a bioconversão é realizada a uma temperatura de 40 a 70°C, vantajosamente 55 a 65°C. A bioconversão termofilica convencional tem tipicamente sido dificil de gerir, mas o método do invento permite a implementação fácil da bioconversão termofilica.

Por exemplo, o método do invento torna possível que as condições de armazenamento e transporte de peixe obtido através de biomanipulação não provoca custos extra no que se refere à conservabilidade, temperatura, tempo de armazenamento, etc.

Nas nossas pesquisas descobrimos que é muito conveniente fazer um acrescento de fracções de resíduos de amoníaco no reactor de processamento, onde a produção de dióxido de carbono já tenha começado. É também vantajoso aplicar o gás produzido desde o fundo do reactor através da solução de reacção para executar a mistura mecânica e para completar a reacção do dióxido de carbono e do amoníaco tão completamente quanto possível.

Quando são preparados fertilizantes de azoto amoniacal, o dióxido de carbono é libertado dos carbonatos com um ácido, para este efeito o mais amigo do ambiente e o mais viável para a nossa ideia de reciclagem é um ácido acético obtido a partir de açúcares de fracções de resíduos de plantas através da fermentação do ácido acético, em que o bicarbonato de amoníaco é modificado para acetato de amoníaco e o dióxido de carbono libertado é conduzido para 13 estufas ou é armazenado de alguma outra forma, por exemplo através de pressurização. Em vez do ácido acético, é também possível utilizar ácidos fosfóricos, ocorrendo como problema de resíduos, e ácido nítrico, cujos fosfatos e nitratos valiosos, que são úteis para fertilizantes, seriam deste modo utilizados. A matéria orgânica é matéria de origem animal, como sejam peixe ou resíduos de peixe, aves domésticas ou resíduos de aves domésticas, matéria de origem vegetal, como sejam cereal, plantas de cultivo ou resíduos de plantas de cultivo, por exemplo cevada, couve, batata ou casca de batata. A matéria orgânica pode também ser matéria de origem microbiana, como seja levedura ou resíduos de levedura, por exemplo resíduos de levedura geneticamente manipulados. A matéria orgânica pode ser também uma mistura das matérias acima descritas. A bioconversão pode ser executada a uma pressão superior à pressão atmosférica, por exemplo a uma pressão de cerca de 1,2 a 6 bar, vantajosamente a uma pressão de 2 a 4 bar. A bioconversão pode também ser executada à pressão atmosférica normal. Vantajosamente, a bioconversão é pressurizada. A bioconversão é executada através de microorganismos presentes na matéria orgânica e/ou através de microorganismos acrescentados. 0 método emprega pelo menos dois reactores, em que um é utilizado para bioconversão e o outro para limpar o biogás. 0 outro reactor, onde o biogás é limpo, contém matéria orgânica, amoníaco ou uma mistura de matéria orgânica e 14 amoníaco. 0 método do invento é vantajosamente implementado como circulação contínua.

No método o amoníaco é produzido na hidrólise da matéria orgânica. Ao primeiro reactor, onde a bioconversão tem lugar, é adicionada uma solução tampão do segundo reactor. Opcionalmente, também é possível adicionar matéria orgânica, hidrolisada em parte ao reactor da bioconversão. A solução tampão resultante da reacção do amoníaco e do dióxido de carbono contém bicarbonato de amoníaco e/ou carbonato de amónio e amoníaco livre e/ou ácido carbónico. A relação entre o bicarbonato de amoníaco ou carbonato de amónio e o amoníaco livre e/ou o ácido carbónico é de 1:10. O produto hidrolisado obtido a partir da matéria orgânica pelo método pode ser recuperado e ele pode ser utilizado, por exemplo, como um correctivo do solo, fertilizante, ou um produto do tipo fertilizante ou como um repelente. O biogás limpo também é vantajosamente recuperado e pode ser utilizado como um gás de estufa, para aquecimento, para produção de electricidade ou como um combustível. O biogás limpo contém menos que 25% de dióxido de carbono, geralmente ele contém 15 a 20% de dióxido de carbono. O invento está também relacionado com um produto hidrolisado, o qual é preparado pelo método, no qual a bioconversão é realizada sobre a matéria orgânica, o biogás resultante é tratado com amoníaco, a solução tampão ou sedimento produzidos são reciclados para a bioconversão e o produto obtido da hidrólise é recuperado. 15 0 invento está também relacionado com um biogás limpo, o qual é preparado pelo método, no qual a bioconversão é realizada sobre a matéria orgânica, o biogás resultante é tratado com amoníaco, a solução tampão ou sedimento produzidos são reciclados para a bioconversão e o biogás limpo é recuperado.

Os produtos obtidos pelo método do invento são mais puros que os produtos anteriormente preparados e todos os produtos produzidos no método podem ser utilizados. Por exemplo, o biogás produzido e lavado através do método do invento contém consideravelmente menos C02 que o biogás produzido através de métodos convencionais. 0 invento está também relacionado com equipamento para processar matéria orgânica. A Figura 1 mostra equipamento para implementar uma forma de realização do invento. A referência do algarismo 1 indica manómetros, que se destinam a regular a pressão e mover a massa. A limpeza do gás começa no pré-processamento, pelo qual a matéria pode ser sujeita a pressão mais elevada que no reactor principal, o qual permite transferências de sedimento de um reactor para o outro. A referência do algarismo 2 indica a matéria amoniacal suspensa, de entrada. A referência do algarismo 3 indica um bocal de gás misturado, através do qual o C02 é dissolvido na matéria. A referência do algarismo 4 indica a matéria que alcançou um tampão. A referência do algarismo 5 indica uma mistura de CH4/CO2 transportada do reactor principal para a limpeza de gás. A referência do algarismo 6 indica a saída de CH4 lavado. A referência do algarismo 7 indica o produto final do reactor principal, produto esse que é utilizado para correcção do solo. 16

Um exemplo do equipamento do invento está descrito na Figura 2. 0 equipamento para processar matéria orgânica compreende pelo menos um primeiro reactor 9, pelo menos um segundo reactor 10, uma conduta 12 para transferir a matéria orgânica a ser processada desde pelo menos um primeiro reactor 9 para o pelo menos um segundo reactor 10, uma conduta 14 para transferir o biogás desde pelo menos um primeiro reactor 9 para pelo menos o segundo reactor 10, uma conduta 15 para reciclar a matéria contendo compostos tampão desde pelo menos um segundo reactor 10 para pelo menos um primeiro reactor 9. Alternativamente, as condutas 12 e 14 podem começar directamente desde o primeiro reactor 9 e estar ligadas ao segundo reactor 10. O equipamento compreende também uma conduta 8 para introduzir a matéria orgânica no interior do primeiro reactor 9, uma conduta 13 para remover o biogás do primeiro reactor 9 e uma conduta 11 para remover o produto parcialmente ou completamente hidrolisado do primeiro reactor 9. O primeiro reactor refere-se aqui a um reactor ou reactores processando a bioconversão. 0(s) reactor(es) pode(m) estar pressurizados ou eles podem estar à pressão atmosférica normal. O segundo reactor refere-se aqui a um reactor ou reactores, no qual é introduzido matéria orgânica parcialmente hidrolisada e/ou amoníaco e/ou matéria contendo amoníaco e biogás. De facto, este reactor pode ser considerado um género de um acelerador, o qual acelera o processo de bioconversão no primeiro reactor. 17 A seguir, o funcionamento do equipamento será descrito em maior detalhe. É introduzida matéria orgânica no primeiro reactor 9 através de uma conduta 8. No primeiro reactor 9, tem lugar a bioconversão e começa a formar-se biogás. Do primeiro reactor 9 é possível remover parcialmente ou completamente matéria orgânica hidrolisada através de uma conduta 11. Da conduta 11 parte um ramal de conduta 12, através da qual o produto parcialmente ou completamente hidrolisado é transferido para o interior do segundo reactor 10. O biogás formado no primeiro reactor 9 é removido através de uma conduta 13. Da conduta 13 parte um ramal de conduta 14, através da qual o biogás é transferido para o segundo reactor 10, onde o biogás e a matéria orgânica parcialmente ou completamente hidrolisada, que contém amoníaco, forma um composto tampão ou compostos tampão. Alternativamente, os ramais de conduta 12 e 14 podem ligar o primeiro reactor 9 directamente ao segundo reactor 10. O primeiro reactor 9 pode estar pressurizado ou a uma pressão normal. O segundo reactor 10 está pressurizado, vantajosamente a pressão é de pelo menos 2 bar. O composto tampão contendo sedimentos ou solução formados no segundo reactor 10 é transferido através de uma conduta 15 de volta para o primeiro reactor 9.

Exemplos

Exemplo 1

Processamento de matéria orgânica e geração de biogás

Num reactor Rl tendo uma capacidade de 300 litros foi introduzida matéria orgânica que continha 18,8 kg de farinha de ossos, 28,9 kg de peixe e 3,8 kg de levedura 18 geneticamente manipulada (Genencor) e 20 litros de inócuo, que continham micróbios próprios de diferentes peixes e cevada. A pressão no reactor era 2 bar. O pH no reactor era 8,2. O conteúdo total de nh4 foi determinado com um espectrofotómetro e era 9200 mg/1. Para além disso, a

quantidade de carbonatos foi determinada através de ácido sulfúrico e o conteúdo do ião de amoníaco visto que o carbonato de amónio foi calculado a partir dali. O conteúdo do ião de amoníaco foi calculado como sendo 8700 mg/1 e o conteúdo de carbonatos foi 46300 mg/1. A alcalinidade e o conteúdo de fosfato foram também determinados. A alcalinidade foi 32000 e o conteúdo de fosfato foi 1200 mg/1. A quantidade e a composição do biogás obtido do reactor foram medidas. No dia seguinte, o reactor produzia 109,4 1/dia de biogás, contendo 74,6% de CH4 e 20% de C02. O biogás obtido do reactor RI pode ser ainda introduzido num reactor, o qual contém bio-resíduos altamente amoniacais e no qual o dióxido de carbono reage ainda com o amoníaco formando um composto tampão. A toxicidade do amoníaco desaparece então e as condições serão mais favoráveis para os micróbios.

Exemplo 2

Processamento de matéria orgânica e geração de biogás

Num reactor R4 tendo uma capacidade de 250 litros foi introduzida matéria orgânica que continha 6,2 kg de farinha de ossos, 24,15 kg de peixe e 3,92 kg de levedura geneticamente manipulada (Genencor) e 20 litros de inócuo, que continham micróbios próprios de diferentes peixes e cevada. A pressão no reactor era 2 bar. O pH no reactor era 8,0. O conteúdo total de NH4 foi determinado com um 19 espectrof otómetro e era 5800 mg/1. Para além disso, a

quantidade de carbonatos foi determinada através de ácido sulfúrico e o conteúdo do ião de amoníaco visto que o carbonato de amónio foi calculado a partir dali. O conteúdo do ião de amoníaco foi calculado como sendo 7400 mg/1 e o conteúdo de carbonatos foi 39400 mg/1. A alcalinidade e o conteúdo de fosfato foram também determinados. A alcalinidade foi 21000 e o conteúdo de fosfato foi 1100 mg/1. A quantidade e a composição do biogás obtido do reactor foram medidas. No dia seguinte, o reactor produzia 140 1/dia de biogás, contendo 76,8% de CH4 e 17,4% de C02.

Exemplo 3

Verificação da propriedade tampão da matéria orgânica no reactor com adições de ácido sulfúrico

Do reactor R(4) foi retirada uma amostra de 50ml de matéria orgânica durante o processo. De modo a verificar uma propriedade tampão o pH da amostra foi medido e depois disso 1—% H2S04 foi adicionado à mesma. Antes da adição do ácido, o pH da amostra era 7,6.

Tabela 1

PH

Adição 1—% H2SO4, ml 0,5 1 2 3 4 5 7,6 7,5 7,4 7.3 7.3 7.1 7.1 6 20 7 7,0 8 6, 9 9 6,9 10 6,9 Ο ρΗ da água destilada era 7,6. Para 50 ml de água destilada foram adicionados 0,5 ml l-% H2S04, em que o pH desceu para 2,3. O efeito tampão está deste modo claramente evidente.

Exemplo 4

Verificação da propriedade tampão da matéria orgânica no reactor com adições de amoníaco

Do reactor R(4) foi retirada uma amostra de 50ml de matéria orgânica. De modo a verificar uma propriedade tampão o pH da amostra foi medido e depois disso l-% NH3 foi adicionado à mesma. Antes da adição da base, o pH da amostra era 7,6.

Tabela 2

Adição 1—% NH3, ml PH "075 ϊΤδ 1 7,9 1,5 8,0 2 8,1 3 8,3 4 8,4 5 8,5 6 8,6 8,6 8,7 7 21 21 9 10 8,8 8,9 Ο ρΗ da água destilada era 7,7. Para 50 ml de água destilada foram adicionadas as quantidades seguintes de l-% NH3, e as alterações no pH foram medidas.

Tabela 3

Adição 1—% NH3, ml PH 0, 5 7,8 I—1 O 9,7 1 9,9 2 10,1 3 10,2 4 10,2 5 10,3 10 10,5

Estes resultados mostram também claramente que a lavagem do biogás de acordo com o invento fornece um efeito tampão poderoso e em consequência disso melhora as condições de funcionamento dos micróbios que degradam a matéria.

Exemplo 5

Verificação do conteúdo de carbonato do produto da hidrólise e da matéria no reactor

Foi realizado um teste num armário calorífico (hotte) ao produto da hidrólise obtido do reactor R(4). Foi também realizado um teste num armário calorífico ao hidrocarbonato de amónio. Cada amostra ficou em repouso a uma temperatura designada no armário de emanação durante cerca de meia 22 hora. Depois disso, a amostra foi colocada sobre ácido sulfúrico. Se se verificasse uma forte efervescência, implicava que a amostra ainda continha carbonato. Na Tabela 4 as amostras efervescentes são indicadas pelo sinal +.

Tabela 4

Temperatura/°C R(4) NH4HCO3 50 + + 60 + + 80 + + 100 + +

Foi também descoberto que quando a amostra contendo 30000 mg/1 de carbonato de amónio ficava em repouso à temperatura ambiente durante uma semana, após a semana havia ainda 13000 mg/1 de carbonato de amónio na amostra.

Correspondentemente, na amostra do reactor R(4) havia inicialmente 29000 mg/1 de carbonato de amónio e após ficar em repouso à temperatura ambiente durante uma semana havia 10000 mg/1 de carbonato.

Exemplo 6

Verificação de uma propriedade do tampão de um produto completamente hidrolisado

No reactor R8 foram introduzidos 20 kg de peixe, 5 kg de inócuo, que continham micróbios próprios de diferentes peixes e cevada, 1 kg de resíduos de levedura geneticamente manipulada (Genencor) e 95 kg de água. A pressão no reactor era 2 bar. Foi realizada a hidrólise no reactor. Foram retiradas do reactor R8 duas amostras de 100 ml de resíduos 23 de hidrólise à base de peixe completamente processados. 0 conteúdo de sólidos secos dos resíduos da hidrólise era 5%. 0 conteúdo de dióxido de carbono foi medido com a adição de ácido sulfúrico, o qual foi utilizado para calcular o conteúdo de carbonato de amónio 27900 mg/1. Isto corresponde a 5200 mg/1 de amoníaco. O efeito tampão das amostras retiradas do reactor foi primeiro verificado através da adição de 2,5- por cento de hidróxido de amónio à primeira amostra e então através da adição de 2,5- por cento de ácido acético à segunda amostra. As tabelas também mostram o efeito da adição do hidróxido de amónio ou do ácido acético no pH da água. Os resultados são mostrados nas Tabelas 5 e 6 abaixo.

Tabela 5

Adição/ml de NH4OH pH na amostra R8 pH na água 0 8,15 8,13 0,5 8,26 10,52 1 8,35 10, 74 1,5 8, 44 10,87 2 8, 51 10,96 2,5 8, 57 11,02 3 8,62 11,09 4 8, 72 11,16 5 8,8 11,22 6 8, 87 11,30 7 8,93 8 8,98 11,39 9 9,03 10 9, 07 15 9,25 11,5 24 20 9,38 25 9,48 11,61 30 9,56

Tabela 6

Adição/ml de ácido acético pH na amostra R8 pH na água 0 8,15 8,13 1 8,13 4, 78 1,5 8,09 4,31 2 8,05 4,1 2, 5 8,01 3,97 3 7,96 3,87 4 7,87 3,8 5 7, 78 3,69 6 7,67 3,61 7 7,57 8 7, 46 9 7,35 10 7,31 3,38 20 6,96 3,19 25 Γ ΟΟ kO 30 6,74 40 6,56 3 50 6,38

Exemplo 7

No reactor R6 foram introduzidos 30 kg de peixe, 7,5 kg de inócuo, que continham micróbios próprios de diferentes peixes e cevada, 1,5 kg de resíduos de levedura geneticamente manipulada (Genecor) e 142,5 kg de água. A pressão no reactor R6 era a pressão atmosférica normal. No 25 reactor R8 foram introduzidos 20 kg de peixe, 5 kg de inócuo, que continham micróbios próprios de diferentes peixes e cevada, 1 kg de resíduos de levedura geneticamente manipulada (Genencor) e 95 kg de água. A pressão no reactor R8 era 2 bar. Foi realizada a hidrólise em ambos os reactores. Após a hidrólise foram retiradas de ambos os reactores cinco amostras de solução, as amostras foram filtradas e o seu conteúdo de amoníaco foi medido espectrofotometricamente. O conteúdo de carbonato de amónio foi determinado através de ácido sulfúrico e vermelho de metilo, e com base na quantidade de carbonatos de amónio foi também calculado o conteúdo de NH4+. Os resultados são mostrados na Tabela 7. O conteúdo de amoníaco calculado a partir do carbonato de amónio pode ser inferior ao conteúdo de amoníaco medido. Uma razão provável para isto é que o conteúdo de iões de amoníaco é medido a partir da solução filtrada e o conteúdo de carbonato de amónio a partir da solução não filtrada.

Tabela 7

Amostra Reactor NH4+/mg/l Carbonatos mg/1 nh47 calculado pH 1 R6 3200 7000 1300 6,7 1 R8 2700 6000 1100 2 R6 2400 4200 800 7,2 2 R8 2500 4200 800 6,6 3 R6 3000 12000 2200 7,7 3 R8 7900 32100 6000 8,2 4 R6 3100 13700 2600 7,4 4 R8 4000 35600 6700 7,8 5 R6 1900 17100 3000 7,4 5 R8 5500 42900 8000 8,1 26

Exemplo 8

Produção de biogás

No reactor RI tendo uma capacidade de 300 litros foi introduzida matéria orgânica, que continha 18,8 kg de farinha de ossos, 28,9 kg de peixe e 3,8 kg de resíduos de levedura geneticamente manipulada (Genencor) e 20 litros de inócuo, que continham micróbios próprios de diferentes peixes e cevada. Para além disso já estavam 275 kg de água no reactor. A pressão no reactor era 2 bar. A hidrólise foi realizada no reactor. Parte da massa no reactor da hidrólise Rl foi transferida para um segundo reactor, para o interior do qual foi também alimentado biogás gerado no primeiro reactor. No segundo reactor um composto tampão ou uma mistura de compostos tampão foi formada sob pressão, e os sedimentos no segundo reactor foram reciclados de volta para o primeiro reactor. A quantidade de biogás produzido foi medida e os seus conteúdos de metano e de dióxido de carbono foram ensaiados. O conteúdo do ião de amoníaco da massa hidrolisada foi medido espectrofotometricamente. A massa foi também medida para o conteúdo de bicarbonato de amoníaco e isso foi utilizado para calcular o conteúdo do ião de amoníaco. O teste foi repetido cinco vezes. Os resultados são mostrados na Tabela 8.

Tabela 8

Amostra CH4/% C02/% Biogás/1/ NH4+ NH4+/ Carbonatos pH dia medido calculado mg/1 mg/1 mg/1 73.6 22,8 118 70.6 24,6 136,8 9700 8000 42900 7,8 2 27 3 71, 4 23,6 132 4 69,6 25, 6 122 5 72, 4 25 72 7200 10000 53600 7,8

Exemplo 9

Produção de biogás

Um teste correspondente ao realizado no reactor Rl foi também realizado no reactor R4 três vezes. No reactor R4 tendo uma capacidade de 250 litros foi introduzida matéria orgânica, que continha 6,2 kg de farinha de ossos, 24,15 kg de peixe e 3,92 kg de resíduos de levedura geneticamente manipulada (Genencor) bem como 20 litros de inócuo, contendo micróbios próprios de diferentes peixes e cevada. Estavam 275 kg de água no reactor. A pressão no reactor era 4 bar. Os resultados são mostrados na Tabela 9.

Tabela 9

Amostra ch4/% C02/% Biogás/1/ dia nh4+ medido mg/1 nh4+/ calculado mg/1 Carbonatos mg/1 1 72,8 20,2 360 2 71,4 23,6 122 4800 6800 36400 3 72,2 22, 8 5100 8000 42900

Exemplo 10

Verificação de resistência térmica do produto hidrolisado

Do reactor R8 foi retirada uma amostra, a qual foi mantida num contentor fechado num armário calorífico a uma 28 temperatura de 68 a 70 °C. A solução arrefecida foi ensaiada para conteúdo de carbonato de amónio, o qual era exactamente o mesmo que no reactor R8 não fermentado, isto é 31700 mg/1. Calculado como amoníaco, corresponde ao valor de 5900 mg/l(NH4+). Este teste indica que o efeito tampão permanece na matéria, mesmo que esta seja aquecida à temperatura de 68 a 70 °C.

Lisboa, 4 de Março de 2010

Claims

1 REIVINDICAÇÕES 1. Um método para processar matéria orgânica para produzir um produto hidrolisado e um biogás limpo, empregando pelo menos dois reactores, caracterizado por o método compreender os passos de a) realizar uma bioconversão na matéria orgânica em pelo menos um primeiro reactor; b) tratar o biogás formado na bioconversão com amoniaco ou matéria contendo amoniaco em pelo menos um reactor o qual é pressurizado; e c) Reciclar a solução tampão formada em pelo menos um segundo reactor para pelo menos o primeiro reactor.

2. Um método conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizado por a matéria orgânica ser matéria de origem animal.

3. Um método conforme reivindicado na reivindicação 2, caracterizado por a matéria orgânica ser peixe ou resíduos de peixe, aves domésticas ou resíduos de aves domésticas.

4. Um método conforme reivindicado na reivindicação 1, caracterizado por a matéria orgânica ser matéria de origem vegetal.

5. Um método conforme reivindicado na reivindicação 4, caracterizado por a matéria orgânica ser de planta de 2 cultivo ou de resíduos de planta de cultivo, como sejam couve, batata ou casca de batata.

6. Um método conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por a matéria orgânica ser de origem microbiana, como seja levedura ou resíduos de levedura.

7. Um método conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por a bioconversão ser um processo pressurizado.

8. Um método conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por a bioconversão ser executada a uma pressão a qual é superior à pressão atmosférica.

9. Um método conforme reivindicado na reivindicação 8, caracterizado por a bioconversão ser executada a uma pressão de cerca de 1,2 a 6 bar, vantajosamente a uma pressão superior a 2 bar.

10. Um método conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por a bioconversão ser um processo despressurizado.

11. Um método conforme reivindicado na reivindicação 10, caracterizado por a pressão no segundo reactor ser superior a 1,8 bar.

12. Um método conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por a matéria 3 orgânica ser armazenada em condiçoes ácidas antes da execução da bioconversão.

13. Um método conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por a matéria orgânica ser armazenada em condições de base antes da execução da bioconversão.

14. Um método conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado por a bioconversão ser mesofilica.

15. Um método conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado por a bioconversão ser ou termofilica.

16. Um método conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado por a bioconversão ser executada através de microorganismos existentes na matéria orgânica.

17. Um método conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado por a bioconversão ser executada através de microorganismos acrescentados.

18. Um método conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado por a bioconversão ser executada em condições anaeróbias.

19. Um método conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado por pelo menos serem empregues dois reactores, em que um é utilizado para a 4 bioconversão e o outro é utilizado para a limpeza do biogás.

20. Um método conforme reivindicado nas reivindicações 19, caracterizado por o reactor, onde o biogás é limpo, conter matéria orgânica.

21. Um método conforme reivindicado na reivindicação 19, caracterizado por o reactor, onde o biogás é limpo, conter amoníaco.

22. Um método conforme reivindicado na reivindicação 19, caracterizado por o reactor, onde o biogás é limpo, conter uma mistura de matéria orgânica e amoníaco.

23. Um método conforme reivindicado na reivindicação 22, caracterizado por o amoníaco ter sido produzido na hidrólise da matéria orgânica.

24. Um método conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 23, caracterizado por ao primeiro reactor, onde tem lugar a bioconversão, ser acrescentada solução tampão e, matéria orgânica parcialmente hidrolisada do segundo reactor.

25. Um método conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 24, caracterizado por a solução tampão formada conter bicarbonato de amoníaco ou carbonato de amónio e amoníaco livre e/ou o ácido carbónico.

26. Um método conforme reivindicado na reivindicação 25, caracterizado por a solução tampão formada conter 5 bicarbonato de amoníaco ou carbonato de amónio e amoníaco livre e/ou ácido carbónico numa relação de 1:10.

27. Um método conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 26, caracterizado por o produto hidrolisado obtido da matéria orgânica no método ser recuperado.

28. Um método conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 27, caracterizado por o biogás limpo ser recuperado.

29. Um equipamento para processar matéria orgânica de acordo com um método da reivindicação 1, compreendendo pelo menos um primeiro reactor (9) para executar a bioconversão, pelo menos um segundo reactor (10) para tratar biogás formado na bioconversão com amoníaco ou matéria orgânica contendo amoníaco para formar um composto tampão/ compostos tampão, uma conduta (8) para alimentar uma matéria orgânica para o interior de pelo menos o primeiro reactor (9), uma conduta (13) para descarregar o biogás de pelo menos um primeiro reactor (9), uma conduta (11) para descarregar uma matéria orgânica parcialmente ou completamente hidrolisada de pelo menos um primeiro reactor (9), uma conduta (12) para transferir amoníaco e/ou matéria orgânica contendo amoníaco de pelo menos um primeiro reactor (9) para pelo menos um segundo reactor (10), uma conduta (14) para transferir biogás desde pelo menos um primeiro reactor (9) para pelo menos um segundo reactor (10), 6 uma conduta (15) para reciclar um composto tampão/uma matéria contendo compostos tampão desde pelo menos um segundo reactor (10) de volta para pelo menos um primeiro reactor (9), caracterizado por o pelo menos um segundo reactor (10) estar pressurizado.

30. Equipamento conforme reivindicado na reivindicação 29 ou 30, caracterizado por os reactores poderem ser cubas, recipientes ou condutas. Lisboa, 4 de Março de 2010