PT1930404E - Método e dispositivo para fermentação anaeróbica de material orgânico - Google Patents

Description

1

DESCRIÇÃO

MÉTODO E DISPOSITIVO PARA FERMENTAÇÃO ANAERÓBICA DE MATERIAL ORGÂNICO A presente invenção relaciona-se com um método para a fermentação anaeróbica de material orgânico biodegradável, onde o material orgânico FRESCO é misturado com uma quantidade de material, o qual foi parcialmente fermentado dando origem a um inoculante ativo para a fermentação anaeróbica. 0 material orgânico é, neste caso material biodegradável não liquido, em particular vários cultivos agrícolas, quer sejam ou não especificamente cultivados para a produção de energia, ou a fração orgânica de resíduos domésticos, de resíduos industriais semelhantes ou outras frações orgânicas, tal como por exemplo, lamas de centrais de tratamento de águas, lamas da indústria do papel, resíduos verdes, resíduos de jardins, fluxos de resíduos orgânicos da produção de bioenergia, a partir de cultivos agrícolas, ou outras frações biodegradáveis compreendendo, pelo menos, 15% de matéria seca ou que possa ser empilhada.

No geral, existem formas diferentes de fermentação anaeróbica.

Assim, os ditos fluxos orgânicos podem ser fermentados sob condições húmidas (no máximo 5 a 10% de matéria seca no tanque de fermentação) ou sob condições secas (mais do que 15% de matéria seca no tanque de fermentação) , sob condições mesofílicas (cerca de 30 a 40 °C) ou termofílicas (cerca de 50 a 60 °C). 2

Para a fermentação de material orgânico sob condições húmidas, isto implica que grandes quantidades de água sejam adicionadas ao material orgânico de modo a obter-se uma pasta liquida no tanque de fermentação dos sistemas húmidos, resultando que o conteúdo dos tanques de fermentação pode ser facilmente misturado internamente e a massa fermentada pode ser facilmente descarregada através de transbordo, ou simplesmente através de bombeamento.

Para os sistemas secos, a quantidade de água é limitada a um mínimo, ou mesmo nenhuma água é adicionada, de modo a ser obtida uma massa pastosa.

Esta massa pastosa pode então ser fermentada em tanques de fermentação que foram especialmente concebidos para fermentação seca, com um conteúdo de matéria seca de mais de 15%.

Uma vez que a alta viscosidade do material de fermentação na fermentação seca com mais de 15% de matéria seca não promove uma mistura suave, são incorporados sistemas especiais de mistura nos tanques de fermentação que providenciam uma mistura ao longo de todo o comprimento do tanque de fermentação (várias misturadoras nas diferentes zonas ou uma única misturadora ao longo de todo o comprimento) , ou o material a ser misturado é misturado fora do tanque de fermentação num volume limitado.

Além disso, é injectado biogás em diferentes zonas de modo a produzir uma mistura nessas zonas.

Em sistemas de fermentação húmidos, é misturada água doce ou água de processamento reciclada juntamente com o material 3 orgânico e bombeada para os tanques de fermentação, ou o material orgânico é colocado directamente no tanque de fermentação e é bombeada também para o vaso de fermentação, água doce, água de processamento reciclada ou os fluxos orgânicos húmidos, onde a massa que entra é misturada em todo o tanque de fermentação de modo a obter-se uma massa liquida. 0 objetivo é obter sempre uma polpa ou "pasta" altamente liquida que pode ser facilmente bombeada e que pode ser facilmente misturada no tanque de fermentação.

Estes tanques de fermentação húmidos trabalham normalmente de acordo com o principio de um reator totalmente misturado, em que a massa que entra é totalmente misturada como material de fermentação em todo o volume do tanque de fermentação, através de engrenagens de mistura ou injeção de gás no tanque de fermentação.

Dada a polpa liquida ou pasta nos tanques de fermentação e a mistura interna intensiva, o material de fermentação e o material recém-adicionado misturam-se rapidamente ao longo do tanque de fermentação como um todo.

Isto resulta em que uma parte do material recém-adicionado irá possivelmente ser novamente removida do tanque de fermentação dentro de muito pouco tempo, juntamente com o digestor fermentado.

Em outras palavras, uma porção de alimentos frescos pode ser removida novamente do tanque de fermentação em apenas alguns minutos, enquanto que o período de permanência médio no tanque de fermentação do material a ser fermentado pode corresponder de 20 a 30 dias. 4

De modo a resolver ou, pelo menos, limitar este problema, como descrito no documento de patente WO 98/24730, foi incorporada uma pré-câmara que está parcialmente separada do resto do tanque de fermentação totalmente misturado, através de uma parede. O material recém-adicionado é colocado, em primeiro lugar, nesta pré-câmara, que tem preferencialmente um periodo de permanência de vários dias, antes de o material chegar ao espaço de fermentação real.

Desta forma, existe já alguma fermentação na pré-câmara com risco reduzido de que o material fornecido possa deixar o tanque de fermentação quase imediatamente através da saida, juntamente com o resto da massa fermentada, como resultado da mistura continua no tanque de fermentação.

Outra solução conhecida do problema acima mencionado é descrita em EP 0 066 582, a qual representa uma fábrica de fermentação para materiais orgânicos que funciona com um conteúdo de matéria seca de 6% e a uma temperatura de 55 a 60 °C em vários reatores que são acionados de forma aeróbica ou anaeróbica.

Após a fermentação anaeróbica, o material fermentado é normalmente bombeado para um tanque de armazenamento para a pasta residual.

Numa forma de realização especial deste dispositivo, o dito tanque de armazenamento é acionado de forma anaeróbica como um tanque de pós-fermentação, tal que o biogás adicional é produzido a partir do material fermentado. Contudo, isto 5 requer um tanque de fermentação adicional totalmente separado.

Para além da fermentação húmida, como acima mencionado, também é conhecida a fermentação seca como um método para a fermentação anaeróbica de residuos orgânicos.

Num método de fermentação seca, a quantidade de água que é adicionada é limitada, de forma a que existe uma mistura relativamente sólida no vaso de fermentação "seca" que se move através do tanque de fermentação de acordo com o principio de fluxo lento.

De modo a processar frações orgânicas de residuos domésticos com alto teor em matéria seca, por exemplo mais de 25% no digestor fermentado, já não é possivel uma mistura intensa do material de fermentação no vaso de fermentação, tal que o material orgânico recente terá de ser pré-misturado, externamente ao vaso de fermentação "seco", com material já fermentado através de unidades de mistura especiais.

De seguida, a mistura espessa é bombeada ou empurrada para o vaso de fermentação através de bombas especiais.

Outros sistemas de fermentação seca funcionam com conteúdos de matéria seca até 25% no material fermentado, o que torna possivel a mistura em zonas através de diferentes misturadoras ou em zonas onde o gás é injectado através da parte inferior, mas apenas com sistemas de mistura especiais. O tanque de fermentação seca pode também ser concebido de modo a que uma misturadora possa misturar a massa total com um conteúdo de matéria seca inferior a 25% no material 6 fermentado ao processar frações orgânicas seletivamente recolhidas a partir de residuos domésticos.

Para frações orgânicas de residuos domésticos, o conteúdo de matéria seca da mistura dos residuos orgânicos e inoculante fermentado que é fornecido ao tanque, está situado entre 15 e 50%, mais especificamente entre 20 e 45%.

Para outras frações orgânicas, tais como pasta desidratada, a mistura no tanque de fermentação já não é possivel a partir de 15 a 20%, e tem de ser aplicada uma mistura fora do tanque de fermentação a partir de 20% de matéria seca no resíduo fermentado. O conteúdo médio de matéria seca nos tanques de fermentação corresponde a mais de 15%, onde o material está mais seco quando entra no tanque de fermentação, do que quando sai do tanque de fermentação devido à transformação de matéria seca em biogás. O documento EP 1.397.482 descreve como esta mistura de material orgânico recente e material fermentado é bombeada para o topo de um tanque de fermentação vertical, no qual a massa de fermentação é situada através de tubulações de subida. A mistura fornecida desce do topo para a parte inferior durante a fermentação seca, em que o material fermentado é removido do fundo do tanque de fermentação.

Deste modo é obtido, o que é chamado, um fluxo lento, em que o material que é fornecido inicialmente para o tanque sai do 7 mesmo, de acordo com o princípio FIFO (Primeiro a Entrar -Primeiro a Sair).

Neste tipo de fermentação seca, uma fração suficientemente grande de material fermentado deve ser misturada com o material orgânico recém-fornecido fora do fermentador, por exemplo, cinco unidades de inoculante por unidade de material orgânico recente, de modo a existir contato suficiente entre as bactérias anaeróbicas e o material orgânico recente, uma vez que a fermentação não é possível após a mistura ter sido colocada no fermentador anaeróbico seco.

Como uma grande parte do material fermentado é fortemente reciclada, o tempo de passagem através do tanque de fermentação é reduzido e, dependendo da quantidade reciclada, o tempo de passagem irá então corresponder a cerca de 10 dias ou mesmo 2 a 3 dias.

Desta forma, uma parte do material recentemente fornecido será descarregada juntamente com o material fermentado após 10 ou mesmo 2 ou 3 dias de fermentação, enquanto que o período de permanência médio no tanque de fermentação corresponde a cerca de 12 ou 30 dias ou mais.

Esta é já uma grande melhoria comparativamente com os tanques de fermentação totalmente húmidos; contudo, uma vez que o material fornecido tem de estar 2 a 3 dias, ou mesmo uma semana, no tanque de fermentação, de forma oposta à remoção quase imediata que pode ocorrer nestes sistemas líquidos de fácil manuseamento.

Ao fermentar materiais orgânicos recentes, com uma elevada produção de biogás por tonelada, o período de permanência médio no tanque de fermentação pode aumentar para 50 a 100 dias e mais. O tempo de passagem corresponde então apenas a 10% ou mesmo 2 a 3% da média do periodo de permanência.

Quando os fermentadores secos estão altamente carregados, como por exemplo ao fermentar cultivos de alta energia como o milho, o material fermentado, o qual é suposto ter fermentado totalmente através dos métodos conhecidos para fermentação anaeróbica de material orgânico, produz ainda uma quantidade limitada de biogás.

Isto representa uma perda de energia renovável.

Adicionalmente, ao aplicar tais métodos conhecidos, os germes podem sobreviver a um tempo de passagem curto, no caso de serem imediatamente removidos do fermentador, e serem descarregados para tratamento posterior, juntamente com o resto do digestor. O documento US 5.601.720 descreve um processo de fermentação anaeróbica continuo para residuos biogénicos, onde o controlo do processo é melhorado através da medição do pH e as porções de substância seca em vários pontos do digestor horizontal. O pH e a fração da substância seca são controlados ao introduzir água como inoculo em pontos de inoculação no digestor.

Particularmente, a aplicação de água carregada com metanobactérias nos segmentos de transporte e mistura dos tubos de alimentação, permite a entrada da matéria, que consiste principalmente em água doce, a ser ajustada ao pH 9 desejado já na entrada do digestor, tornando largamente desnecessárias as intervenções corretivas posteriores.

Como produto final da fermentação anaeróbica é obtido material extensamente degradado de forma biológica.

Uma desvantagem do processo de digestão anaeróbica anterior é que a fermentação ainda está incompleta no final do processo e o material fermentável ainda permanece no produto final. A invenção tem como objetivo um método para fermentação anaeróbica do material orgânico, o que não tem as desvantagens acima mencionadas e outras.

Para este efeito, o método de acordo com a invenção para a fermentação anaeróbica do material orgânico tem inicio com o material orgânico a ser fermentado, o qual é misturado com inoculante e fornecido ao tanque de fermentação, e o qual se move de uma entrada do tanque de fermentação para uma sarda do mesmo, onde o material fermentado é removido do tanque através da sarda, caracterizado por uma fração do material de fermentação, a qual está situada entre a entrada e a sarda, ser prematuramente removida do tanque de fermentação através de uma abertura de retorno e ser levada para cima para o dispositivo de alimentação, situado entre a porta de entrada e a porta de sarda, sendo usada como inoculante, enquanto o material parcialmente fermentado entre a abertura de retorno e a sarda, é ainda pós-fermentado durante algum tempo, antes de ser removido do tanque de fermentação, através da sarda.

Graças à aplicação deste método de acordo com a invenção, uma porção do material orgânico recente irá manter-se mais tempo no tanque de fermentação, à medida que o tempo de passagem 10 é estendido, no caso de tal porção de material orgânico ser descarregada para o pós-tratamento através de uma sarda após a primeira passagem; a reciclagem energética é maximizada à medida que o biogás produzido adicionalmente é recolhido; e os germes são mortos de forma mais eficiente. O material parcialmente fermentado é ainda mais fermentado, entre a abertura de retorno e a saida, por uma duração adicional de tempo, até ser obtido um digestor fermentado, estável, dentro do mesmo reator.

Graças a esta pós-fermentação interna, que ocorre no tanque de fermentação, não é necessário providenciar um tanque de fermentação adicional com acessórios, o que representa uma grande poupança.

Esta pós-fermentação interna pode ser aplicada em sistemas de fermentação secos e húmidos, em que a zona de pós-fermentação não é misturada novamente com a zona entre a entrada e a abertura de retorno.

Isto também garante mais certeza relativamente à morte de germes ou ervas, uma vez que todos os germes ou ervas que possam estar presentes têm um tempo de passagem mais longo do que se fossem imediatamente descarregados para o pós-tratamento, também através da saída.

Ao providenciar uma abertura de retorno para reciclagem do inoculante, são criadas duas zonas no tanque de fermentação, nomeadamente uma primeira zona a montante do local onde uma fração do material parcialmente fermentado é removida do tanque de fermentação através da abertura de retorno, e uma 11 segunda zona a jusante do último, em que o material é removido da segunda zona através da saida para o digestor fermentado. 0 digestor totalmente fermentado não é normalmente reciclado, mas possivelmente sujeito a um pós-tratamento ou levado diretamente para os campos. Contudo, se a fermentação parecer ser biologicamente menos estável, uma quantidade de material fermentado estável pode ser adicionada ao inoculante, isto é, o material parcialmente fermentado, de modo a ajustar o processo biológico.

Na primeira zona, o material inoculado organicamente é fornecido e anaerobicamente fermentado.

Uma parte deste material de fermentação, o qual está situado na primeira zona, é reciclada através da abertura de retorno, e misturada como um inoculante, com material orgânico recente a ser fermentado. 0 resto do material de fermentação acaba na segunda zona a jusante da abertura de retorno. 0 material parcialmente fermentado, o qual está situado na segunda zona, passou a primeira zona, talvez várias vezes, na medida em que foi reciclado uma ou várias vezes e tem sido usado como inoculante. normalmente

Assim que chega à segunda fermentado, reciclagem. zona, o material parcialmente não é mais adequado para 12

Move-se constantemente para a saída do tanque de fermentação, preferencialmente num fluxo lento, dependendo se o material totalmente fermentado é removido do tanque de fermentação. 0 material parcialmente fermentado é, deste modo, sujeito a uma pós-fermentação que ocorre nesta segunda fase no mesmo tanque de fermentação e que se resume a um mero acabamento da fase metanogénica durante um período no qual nenhum material adicional está a ser introduzido. A atividade biológica diminui rapidamente à medida que o material se aproxima da saída. 0 material permanece, com certeza, durante um tempo mínimo nesta segunda zona, e no final é descarregado através da saída.

Preferencialmente, o volume da segunda zona corresponde a, pelo menos, um quinze avos do volume total do tanque de fermentação, de modo a que exista volume suficiente na segunda zona para uma pós-fermentação de, pelo menos meio dia a mesmo alguns dias, por exemplo 2 a 4 dias ou mais, se útil.

Uma vantagem adicional de aplicar tal método de acordo com a invenção é que o material parcialmente fermentado, o qual é removido do tanque através da abertura de retorno e o qual é, após a remoção, reciclado e usado como um inoculante, é ainda mais biologicamente activo do que a totalidade do material fermentado, o qual é usado como um inoculante de acordo com os métodos conhecidos.

Também as características do material fermentado terão mudado mais do que aquelas do material parcialmente fermentado após a pós-fermentação. 13

Por exemplo, o material parcialmente fermentado, o qual é removido através da linha de reciclagem como um inoculante activo, tem um pH de 7,5 a 7,8, enquanto o material totalmente fermentado tem um pH de 8,2 a 8,5.

Durante a alimentação, o pH desce para cerca de 7, de modo que a transição de acidez, o que é denominado o choque de pH, é menor com o material parcialmente fermentado do que seria caso o material totalmente fermentado fosse recirculado antes de ser misturado com o material orgânico recente.

Ao selecionar o local certo para drenar o inoculante através da abertura de retorno, um inoculante ativo ao máximo pode ser reciclado, e ao providenciar um volume suficientemente grande para a pós-fermentação para o material parcialmente fermentado, o qual não é reciclado como um inoculante, a jusante da abertura de retorno, é possível produzir um material fermentado otimamente estabilizado.

Além disso, uma quantidade ótima de biogás pode ser reciclada durante a pós-fermentação nas duas fases.

Se a fermentação começasse a funcionar de forma menos ótima de um ponto de vista biológico, parte do material totalmente fermentado, o qual é descarregado através da saida, poderia ainda ser adicionado à mistura de inoculante e a material orgânico recente, a ser fornecido de modo a obter uma inoculação adicional.

Desta forma, a fermentação pode ser rapidamente ajustada pela limitação de forma parcial da pós-fermentação. 0 volume na segunda zona pode então ser observado como uma reserva de capacidade de fermentação intensiva. Se necessário, é 14 possível usar apenas a totalidade do material fermentado como um inoculante com o material orgânico recente a ser fornecido, por exemplo, de modo a compensar as flutuações sazonais ou desequilíbrios biológicos. A presente invenção também diz respeito a um dispositivo para implementar o dito método de acordo com a invenção e, para esse efeito, compreende um tanque de fermentação com uma sala de fermentação na qual o material orgânico pode ser fermentado, um dispositivo de fornecimento, o qual pode misturar material orgânico recente com inoculante e possa introduzi-lo através de uma entrada no tanque de fermentação, o qual é também provido com uma saída através da qual o material fermentado pode ser descarregado, assim como uma saída para biogás, e em que o dispositivo é também provido com uma abertura de retorno através da qual uma fração do material de fermentação, situado entre a entrada e a saída, pode ser removida do tanque de fermentação e levada para o dispositivo de alimentação.

De modo a melhor explicar as características da invenção, as seguintes realizações preferidas de um método e dispositivo para fermentação anaeróbica do material orgânico, de acordo com a invenção, são descritas através de exemplo apenas, sem serem limitativas de qualquer modo, com referência aos desenhos em anexo, nos quais: as figuras 1 a 3 representam, esquematicamente, várias formas de realização de um dispositivo para a fermentação anaeróbica de acordo com a invenção, visto como uma secção; a figura 4 é uma secção de acordo com a linha IV-IV na figura 3; 15 a figura 5 representa, esquematicamente, uma variante adicional de uma forma de realização de um dispositivo para a fermentação anaeróbica de acordo com a invenção, vista como uma secção. 0 dispositivo para a fermentação anaeróbica de material orgânico, representado na figura 1, consiste principalmente de um tanque de fermentação 1 fechado, vertical, compreendendo uma sala de fermentação 2 e um dispositivo de alimentação 3, o qual, neste caso, consiste numa bomba de mistura 4 para misturar material orgânico recente com inoculante e para bombear esta massa misturada, a qual, neste caso, se abre através de linhas de alimentação 5 numa saida 6 no topo do tanque de fermentação 1.

No topo, o tanque de fermentação 1 é também provido com uma saida 7 para biogás.

Na parte inferior do tanque de fermentação 1, no centro da parte inferior 8, é provida uma saida 9 passivel de ser selada.

Esta saida 9 abre numa bomba de extração 10, a qual pode descarregar o material totalmente fermentado através de linhas 11 para o pós-tratamento.

De acordo com a invenção, o tanque de fermentação 1 é provido com uma abertura de retorno 12 entre a entrada 6 e saida 9, o que torna possivel descarregar uma fração do material parcialmente fermentado, situado entre a entrada 6 e a saida 9, do tanque de fermentação 1 e levá-la pelas linhas de reciclagem 13 até ao dispositivo de alimentação 3, neste caso até à bomba de mistura 4, onde é misturada com material 16 orgânico recém-fornecido antes da mistura assim obtida ser colocada no tanque de fermentação 1 através da entrada 6.

Nesta forma de realização, a abertura de retorno 12 está situada a uma altura acima da saida 9 no tanque 1, em particular, de forma que o volume ocupe um quinto do volume total do tanque de fermentação 1 a jusante da abertura de retorno 12.

Duas ou mais aberturas de retorno 12 ou aberturas de retorno 12 que são ajustáveis em altura podem possivelmente ser fornecidas, de modo que o material parcialmente fermentado possa ser reciclado após vários períodos de permanência. 0 funcionamento de tal dispositivo, como debatido acima e como representado na figura 1, assim como o método para fermentar o material orgânico de forma anaeróbica, é simples e ilustrado em baixo através de um exemplo nas figuras. EXEMPLO:

Começando com o tanque de fermentação 1, tendo um espaço total de fermentação de 2000 m3 (volume activo) que é preenchido com material orgânico de fermentação, 100 m3 de material orgânico recente são misturados com 300 m3 de material parcialmente fermentado, o qual é usado como um inoculante durante a alimentação diária. É assumido que a quantidade de água e/ou vapor necessários para obter o conteúdo desejado de matéria seca na bomba de mistura é igual à tonelagem de biogás húmido que é produzido. 17

Desta forma, 300 m3 de material parcialmente fermentado é removido diariamente do tanque de fermentação 1 através da abertura de retorno 12 e a linha de reciclagem 13.

Uma vez que a linha de reciclagem 13 abre a uma altura acima da saida 9 no tanque 1, o inoculante é formado por material parcialmente fermentado, o qual é rico em bactérias ativas, de forma oposta ao material orgânico que é totalmente decomposto quando é extraido do tanque de fermentação 1 através da saida 9, onde as bactérias já se tornaram, significativamente, menos ativas. O material recente e o inoculante são empurrados ainda mais e são misturados através da bomba de mistura 4.

Através das linhas de alimentação 5, a mistura é introduzida no tanque de fermentação 1 através da entrada 6.

Graças ao rácio de mistura adequado do material orgânico recente e do inoculante, a mistura é suficientemente passível de ser bombeada, e pode ser bombeada ou levada para um tanque de fermentação fechado.

Além disso, a mistura é amplamente provida com bactérias anaeróbicas, de forma que o processo de fermentação possa começar imediatamente e sem qualquer atraso notável.

De fato, graças ao fato de que o inoculante é formado de material orgânico parcialmente fermentado, o qual é removido do tanque de fermentação a uma distância da saída 9, a matéria é ativa em termos de bactérias. 18

No tanque de fermentação 1, a mistura é adicionada à massa de fermentação e move-se na direção da sarda 9. 0 material parcialmente fermentado que é possivelmente ainda mais reciclado através das linhas de reciclagem 13 a ser usado como um inoculante, está situado na zona a montante de ou acima das linhas de reciclagem 13, a qual, doravante, será denominada a primeira zona A.

Esta primeira zona A, neste exemplo, representa um volume de cerca de 1600 m3.

Uma vez que é bombeada, por dia, uma média de 400 m3 de material misturado no topo do tanque de fermentação e a primeira zona A, e também são removidos 300 m3 de material parcialmente fermentado da zona 1, através das linhas de reciclagem 13, e 100 m3 do material totalmente reciclado são removidos da zona 2 na parte inferior do tanque de fermentação 1 também através da saida 9, de modo que 100 m3 do material parcialmente fermentado desça simultaneamente da zona 1 para a zona 2, sendo obtido um período de permanência adicional de 4 dias.

Após este período médio de permanência de 4 dias, a mistura providenciada de material orgânico e inoculante é removida do tanque de fermentação 1 através das linhas de reciclagem 13 como material parcialmente fermentado, o qual será adicionado na bomba de mistura 4 como inoculante. O material parcialmente fermentado que não é removido do tanque de fermentação 1 na linha de reciclagem 13 move-se mais para baixo na direção da saída 9. 19

Nesta zona, a qual é denominada doravante a segunda zona B, e a qual representa um volume de cerca de 400 m3, o material parcialmente fermentado não está mais adaptado a ser reciclado.

Desce lentamente num fluxo lento para a saida 9 do tanque de fermentação 1. O material é então sujeito a uma pós-fermentação que é realizada do mesmo tanque de fermentação 1 e desce simplesmente para a fase metanogénica ser acabada, não sendo adicionado material adicional. A atividade biológica decresce à medida que o material se aproxima da saída 9. O material, neste caso, permanece durante mais 4 dias nesta segunda zona B, uma vez que 100 m3 de material totalmente fermentado deve ser removido diariamente através da saida 9 para arranjar espaço para 100 m3 do material orgânico recente que é adicionado diariamente ao tanque de fermentação 1. A bomba de extração 10 remove o material fermentado para pós-tratamento através das linhas 11. O período de permanência médio corresponde a 20 dias nesta forma de realização, uma vez que são introduzidos na fábrica 100 m3 de material orgânico recente, mas com um tempo de reciclagem interna de material parcialmente fermentado de 4 dias na primeira zona A, e uma pós-fermentação de 4 dias na segunda zona B, isto corresponde a um periodo de permanência minimo de 8 dias para qualquer porção de material orgânico que é introduzido no tanque de fermentação. 20

Em média, o material parcialmente fermentado é reciclado 4x enquanto inoculante.

Contudo, é possivel que uma porção de material orgânico recém-introduzido passe acidentalmente a saida a partir da primeira vez e não seja reciclada.

Esta porção de material orgânico será então, não obstante, pós-fermentada durante 4 dias, o que corresponde a um período de permanência mínimo de 8 dias.

Outras porções de material orgânico serão recicladas 2 a 6 vezes e mais, de modo a ser inoculada.

Se nenhuma divisão em duas zonas e uma fase adicional fossem fornecidas, um tempo de reciclagem ou tempo de passagem de 5 dias teria sido obtido com este tanque de fermentação 1.

Ao providenciar uma abertura de retorno 12 e uma linha de reciclagem 13, é criado um volume de 400 m3 para a pós-fermentação, o qual tem como resultado que o período mínimo de permanência garantido seja elevado de 5 para 8 dias, sem ser necessário um segundo tanque de fermentação separado. O biogás que é produzido no tanque de fermentação 1 é descarregado através da saída 7 para biogás que é fornecida no topo do tanque de fermentação 1. É claro que a bomba de mistura 4 pode ser substituída por uma misturadora e uma bomba, ou qualquer sistema para misturar parcialmente o material, e um sistema ou dispositivo para levar o material misturado para a entrada 6 do tanque de fermentação 1, ou um sistema em que o material orgânico 21 recente e material parcialmente fermentado são unidos ou são fornecidos ao tanque de fermentação 1 através de uma entrada separada numa proporção especifica, mesmo sem qualquer mistura ativa.

Também é possivel instalar uma misturadora ou várias misturadoras (mecânicas ou com qás) na zona de fermentação ativa e na última zona de fermentação, mas de tal forma que ambas as zonas não podem ser misturadas, isto é, o que o material situado após a linha de reciclagem 13 não é misturado novamente com material situado em frente da linha de reciclagem 13. É também claro que, num tanque de fermentação 1, tendo o mesmo volume de 2 000 m3, as linhas de reciclagem 13 foram posicionadas mais perto da saída 9, por exemplo, de forma que a primeira zona A ocupa um volume de 1 700 m3, enquanto a segunda zona B ocupa então um volume de 300 m3, e com um fornecimento e uma descarga correspondente de 150 m3 e um volume de reciclagem de 700 m3, seria obtido um tempo de reciclagem de 2 dias, um tempo de pós-fermentação de 2 dias e um tempo de passagem minimo total de 4 dias, enquanto o periodo de permanência total médio será de 2000:150 = 13,33 dias.

Desta forma, é possivel manter cargas muito elevadas, enquanto o material fermentado está a ser produzido, não obstante tenha ficado no tanque de fermentação durante um minimo de 4 dias. É óbvio que o dispositivo de alimentação 3 pode compreender meios, os quais determinam a proporção de material orgânico 22 recente no inoculante reciclado e que esta proporção pode ser definida ou ajustada através de um controlo. É também claro que os volumes das zonas, os rácios de reciclagem e os períodos médios de permanência deverão ser ajustados e otimizados dependendo do material orgânico a ser processado, a carga orgânica desejada e a produção desejada de biogás, assim como a estabilidade do material total e parcialmente fermentado.

Finalmente, também é claro que o tanque de fermentação 1 de acordo com a invenção pode ser provido com várias aberturas de retorno 12 a várias distâncias entre a entrada 6 e a saida 9, e com linhas de reciclagem 13 em anexo que ligam ao dispositivo de alimentação 3, em que uma zona adicional é criada por abertura de retorno 12 adicional entre as zonas A e B acima mencionadas. 0 material em todas as zonas tem caracteristicas especificas que pode providenciar um efeito desejado por um controlo adequado do retorno do material orgânico. 0 dispositivo para a fermentação anaeróbica do material orgânico, como representado na figura 2, difere do dispositivo acima mencionado pelo fato de que a zona inferior 8 é cónica neste caso. A saida 9 está ligada ao ponto central mais baixo, e a linha de reciclagem 13 está ligada a uma parte mais elevada da parte inferior 8, em particular na altura acima da saida 9.

Para além disso, este dispositivo difere do dispositivo acima descrito, como representado na figura 1, em que a bomba de 23 extração 10 é provida com uma linha de retorno 14 que leva até à bomba de mistura 4 nesta forma de realização. O funcionamento do tanque de fermentação 1, como representado na figura 2, difere do tanque de fermentação 1 acima descrito, como representado na figura 1, pelo fato de que a parte inferior 8 cónica evita uma possível zona morta de material fermentado nos cantos perto da ligação com as paredes verticais e uma parte inferior 8 plana, como é o caso da figura 1. A parte inferior cónica pode também ser arredondada. A linha de retorno 14 pode ser usada caso exista qualquer instabilidade biológica devido a flutuações sazonais, uma alteração na qualidade dos resíduos e semelhante, na primeira fase acima da abertura de retorno 12.

Uma reciclagem parcial e recirculação do material totalmente fermentado obtido através da saída 9, a bomba de extração 10 e a linha de retorno 14 asseguram que o período de permanência é estendido na primeira zona A, e é encurtado na segunda zona B, onde ocorre a pós-fermentação.

Num caso extremo, por exemplo, apenas material totalmente fermentado poderia ser temporariamente reciclado através da saída 9, de modo que a fermentação ativa demoraria 5 dias em vez de 4 dias, de forma que possa ser compensada uma inibição biológica ou fornecimento temporariamente adicional de material orgânico recente.

As figuras 3 e 4 representam um dispositivo que difere do dispositivo acima descrito para fermentação anaeróbica de 24 material orgânico, como representado na figura 2, de modo que as linhas de alimentação 5 entre a bomba de mistura 4 e a entrada 6 estão situadas parcialmente e verticalmente no tanque de fermentação 1.

As linhas de alimentação 5, assim como as linhas de reciclagem, podem estar parcial ou totalmente horizontais, dependendo da posição da bomba de mistura 4.

Neste caso, a saida 12 consiste de vários pontos de sarda que levam à bomba de mistura 4 através das linhas de reciclagem 13.

Também estas linhas de reciclagem 13, entre a bomba de mistura 4 e a ligação à parte inferior 8 do tanque de fermentação 1, correm verticalmente, em particular até uma altura acima da saida 9 na parte cónica do tanque de fermentação 1. A figura 4 ilustra como três linhas de alimentação 5 são providas, cada uma numa deslocação angular mútua de 120°, e como três linhas de reciclagem 13 são providas de forma similar, cada vez, uma num deslocamento angular a, neste caso a 60° em relação à linha de alimentação 5.

As linhas de alimentação 5 estão situadas perto da parede vertical do tanque de fermentação 1 nesta forma de realização, enquanto as linhas de reciclagem 13 estão situadas algo mais perto da saida central 9.

Isto pode também ser invertido, em que as linhas de reciclagem 13 estão incorporadas mais perto da parede, e as linhas de alimentação 5 mais centralmente na parte cónica do tanque de fermentação 1. 25 0 fornecimento pode possivelmente ser provido através de um ou vários pontos na parte superior ou no topo do reator através de linhas de alimentação externas.

Além disso, as linhas de reciclagem podem ser providas mais elevadas ou baixas na parte cónica, ou mesmo na parte vertical da parede do tanque de fermentação 1, ou mais elevadas em relação à parte inferior 8 plana, no caso de um tanque de fermentação 1 cilíndrico. A forma de realização, como representada nas figuras 3 e 4, é vantajosa neste aspeto, pois o posicionamento vertical das linhas de reciclagem 13 e das linhas de alimentação 5, que são parcialmente providas no tanque de fermentação 1, são alimentadas de forma gravitacional e não necessitam de qualquer espaço adicional fora do tanque.

Graças ao posicionamento especial mútuo das linhas acima mencionadas, bem distribuídas e, neste caso, num deslocamento angular mútuo de 60°, em que as linhas de reciclagem estão situadas algures mais centralmente ou mais perto da parede, é obtido um bom fluxo de passagem do material de fermentação.

Como representado nas figuras 3 e 4, a abertura de retorno 12 pode também ser formada por diferentes pontos de saída.

Possivelmente, os diferentes pontos de saída são providos em distâncias mutuamente diferentes de, ou neste caso a diferentes alturas acima da saída 9.

Possivelmente, a distância de um ponto de saída à saída 9 é ajustável. 26

Finalmente, a figura 5 representa uma forma de realização diferente de um dispositivo para fermentação anaeróbica de resíduos orgânicos, em que o tanque de fermentação 1 é posicionado horizontalmente. 0 material de fermentação é movido horizontalmente de acordo com o princípio de um fluxo lento, a partir da entrada 6, situada no lado esquerdo da figura 5, para a saída 9 no lado direito. 0 funcionamento do tanque de fermentação 1, como representado na figura 5, é totalmente similar ao funcionamento do tanque de fermentação 1 vertical, como representado na figura 1, mas nesta forma de realização, o material é movido horizontalmente da entrada 6 para a saída 9. É claro que para todas as formas de realização debatidas, o dispositivo de alimentação 3 pode também ser incorporado de forma diferente, e pode conter, por exemplo uma bomba e misturadora separadas, ou a bomba pode ser substituída através de outros meios para movimentar o material orgânico recente e o inoculante numa certa proporção, possivelmente sem qualquer misturadora ativa. 0 material orgânico recente pode também ser adicionado ao tanque de fermentação 1 ou à linha de alimentação 5 através de uma bomba separada, tal como o material parcialmente fermentado pode ser adicionado separadamente através de outra bomba e linha de alimentação 5.

Uma misturadora ou impulsionador podem ser adicionalmente incorporados no tanque de fermentação 1 para misturar ou movimentar o material. O biogás pode também ser injetado para 27 movimentar parcialmente e/ou misturar o material de fermentação.

Preferencialmente, o sistema de mistura ou impulsionador horizontal é concebido de modo a que não exista, ou exista apenas uma mistura limitada, entre a primeira zona A e a segunda zona B. É também claro que a abertura de retorno 12 pode ser ligada ao dispositivo de alimentação 3 de diferentes formas, e que as linhas de reciclagem 13 podem ser substituídas através de outros meios que podem providenciar o transporte de material parcialmente fermentado como um inoculante. LISBOA, 18 de MAIO de 2012

Claims (21)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Método para fermentação anaeróbica de material orgânico, em que o material orgânico a ser fermentado é colocado num tanque de fermentação (1) juntamente com um inoculante e move-se ou é movido de uma entrada (6) do tanque de fermentação (1) para uma saida (9) do mesmo, em que o material fermentado é removido do tanque (1) através da saida (9), caracterizado por uma fração do material parcialmente fermentado, a qual está situada entre a entrada (6) e a saida (9), ser removida do tanque de fermentação (1) através de, pelo menos uma abertura de retorno (12), sendo levada até ao dispositivo de alimentação (3) entre a porta de entrada (6) e a porta de saida (9) e ser usada como um inoculante, enquanto o material parcialmente fermentado entre a abertura de retorno (12) e a saida (9) é ainda pós-fermentado durante algum tempo antes de ser removido do tanque de fermentação (1) através de uma saida (9).

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a fracção acima mencionada de material parcialmente fermentado ser removida através da abertura de retorno (12) após, pelo menos, 12 horas e preferencialmente, pelo menos, 2 dias, e em que o material parcialmente fermentado é removido após, pelo menos, 6 horas e preferencialmente após, pelo menos, 2 dias através da saida (9).

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma parte do material fermentado, a qual é removida do tanque de fermentação (1) através da saida (9), ser recirculada para a entrada do tanque de fermentação (1) e ser possivelmente ai misturada com material orgânico recente a ser fermentado e possivelmente também com inoculante, o qual foi removido 2 do tanque de fermentação (1) através da abertura de retorno (12) .

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o material se mover do topo para a parte inferior através do tanque de fermentação (1) de forma gravitica.

5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por não existir qualquer mistura mecânica no tanque de fermentação (1), nem qualquer mistura com injecção de gás.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o material se mover horizontalmente de uma extremidade para a outra extremidade através do tanque de fermentação (1).

7. Dispositivo para implementar um método de acordo com qualquer uma ou várias das reivindicações precedentes, caracterizado por compreender um tanque de fermentação (1) com espaço de fermentação (2) no qual o material orgânico pode ser fermentado, um dispositivo de alimentação (3) que pode misturar material orgânico recente com inoculante e pode levá-lo até uma entrada (6) num tanque de fermentação (1), o qual é também provido com uma saída (9) através da qual o material fermentado pode ser descarregado, e uma saída para o biogás (7) em que o dispositivo é também provido com uma abertura de retorno (12), através da qual uma fração do material parcialmente fermentado, situada entre a entrada (6) e a saída (9) , pode ser removida do tanque de fermentação (1) e pode ser levada até ao dispositivo de alimentação (3) . 3

8. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a abertura de retorno (12) dividir o tanque de fermentação (1) numa primeira zona (A) a montante da abertura de retorno (12) e numa segunda zona (B) a jusante da mesma, e em que a abertura de retorno (12) está situada a uma distância, suficientemente grande da saida (9), preferencialmente tal que o volume da segunda zona (B) ocupa, pelo menos um quinze avos ou mesmo um vinte avos, um quinto, um quarto, um terço ou até metade do volume total do tanque de fermentação (1), de modo a ser possível garantir uma pós-fermentação de, pelo menos 6 horas e preferencialmente de, pelo menos 2 dias.

9. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o dispositivo de alimentação (3) compreender uma bomba de mistura (4).

10. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o dispositivo de alimentação (3) compreender uma misturadora.

11. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o dispositivo de alimentação (3) compreender uma bomba.

12. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o dispositivo de alimentação (3) ter dois sistemas de fornecimento em que o material orgânico recente é colocado no tanque de fermentação (1) juntamente com o material parcialmente fermentado, ou cada um via uma linha separada através de uma linha de fornecimento (5) comum, ou via duas linhas separadas (5). 4 4 acordo

13. Dispositivo de caracterizado por um sistema primeira zona (A).

14. Dispositivo de acordo caracterizado por um sistema primeira zona (A) e na segunda ou exista pouca mistura entre

15. Dispositivo de acordo caracterizado por o dispôs compreender meios, os quais material orgânico recente para esta proporção pode ser defini controlo. com a reivindicação 6, de mistura ser provido na com a reivindicação 6, de mistura ser provido na zona (B), em que não exista as duas zonas. com a reivindicação 6, Ltivo de alimentação (3) determinam a proporção de o inoculante reciclado e que la ou ajustada através de um

16. Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o dispositivo de alimentação (3) compreender linhas de alimentação (5).

17. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o tanque de fermentação (1) compreender duas ou mais aberturas de retorno (13).

18. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o tanque de fermentação (1) compreender aberturas de retorno (13) que podem ser ajustadas em altura.

19. Dispositivo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por as linhas de alimentação (5) abrirem numa entrada (6) no tanque de fermentação (1). 5

20. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por entre a abertura de retorno (12) e o dispositivo de alimentação (3) serem providas as linhas de reciclagem (13).

21. Dispositivo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por entre a bomba de extracção (10) e o dispositivo de alimentação (3) estar provida uma linha de retorno (14). LISBOA, 18 de MAIO de 2012