PT2007007299W - Tratamento de lamas de matéria orgânica. - Google Patents
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Description
DESCRIÇÃO "Tratamento de lamas de matéria orgânica"
Este invento refere-se ao tratamento de lamas de matéria orgânica. Em particular, refere-se a um processo para o tratamento de uma lama de matéria orgânica e à produção de matéria orgânica esterilizada em partículas, adequada para utilização no processo.
De acordo com um primeiro aspecto do invento, é proporcionado um processo para tratamento de uma lama de matéria orgânica, processo que inclui: • numa etapa de mistura, a mistura de uma lama de matéria orgânica e matéria orgânica esterilizada em partículas, para formar uma mistura de matéria orgânica; e • numa etapa de secagem, a secagem da mistura de matéria orgânica para obter um produto orgânico homogéneo em partículas. A lama de matéria orgânica pode ser um fertilizante orgânico líquido ou do tipo lama. 0 fertilizante orgânico pode ser uma lama desinfectada esterilizada enriquecida.
Numa concretização do invento, o fertilizante orgânico ou lama desinfectada esterilizada enriquecida pode ser o que se obtém através do processo de ZA 89/6160, que é portanto aqui incorporado por referência. Como tal, pode ser o que se obtém introduzindo gás amoníaco anidro em lama de esgoto bruta, activada ou digerida, contendo 2% a 50%, tipicamente 2% a 25% em massa de material residual sólido, para formar um intermediário de lama de esgoto; adicionando uma quantidade suficiente de gás amoníaco anidro para elevar o pH da lama de esgoto até cerca de 11,6 e a temperatura da lama entre 30°C e 60°C, e permitindo que o amoníaco reaja com o intermediário de lama de esgoto durante pelo menos 5 minutos, tipicamente pelo menos 11 minutos; e adicionando uma quantidade suficiente de um ácido inorgânico capaz de reagir exotermicamente com o amoníaco e/ou um complexo de amónio/intermediário formado na lama de esgoto para neutralizar o amoníaco, e assim o intermediário, até um pH de 2 cerca de 7, e para elevar a temperatura do intermediário a pelo menos 65°C, sendo a quantidade de ácido utilizada inferior à requerida para reagir estequiometricamente com o gás amoníaco adicionado. 0 amoníaco actua assim como um agente esterilizante e desinfectante.
No entanto, pode ser utilizada lama de qualquer material orgânico adequado. Por exemplo, a matéria orgânica pode ser baseada em papel, caso em que a lama é pasta de papel; ou pode ser estrume líquido de animal, e.g. de porco.
Em princípio, pode ser utilizada qualquer matéria orgânica esterilizada em partículas adequada. Assim, numa concretização do invento, a matéria orgânica esterilizada em partículas pode ser produto orgânico homogéneo granulado. Por outras palavras, algum do produto orgânico homogéneo granulado é depois reciclado e misturado com a lama. A matéria orgânica esterilizada está assim na forma de partículas de matéria sólida seca.
No entanto, noutra concretização do invento, o material orgânico esterilizado em partículas pode, em lugar de ou adicionalmente, em particular para condições de arranque, ser o obtido pela secagem de uma lama de matéria orgânica esterilizada adequada, e fragmentando a matéria orgânica seca resultante para obter a matéria orgânica esterilizada em partículas. A matéria orgânica pode portanto ser esgoto; no entanto, em seu lugar pode ser utilizada qualquer outra matéria orgânica adequada, tal como papel, de modo que a lama está na forma de pasta de papel; estrume de animal, e.g. de porco; ou similar. A lama de matéria orgânica esterilizada tem preferivelmente um pH equilibrado, e pode ser a obtida pela adição de um agente esterilizante a lama de matéria orgânica bruta. A secagem da lama pode ser efectuada num leito de secagem solar, e a secagem pode ser efectuada durante um período de 2 dias a 6 meses, dependendo das condições atmosféricas e da área superficial do leito. A matéria orgânica seca pode ser fragmentada, e.g. passando-a através de um moinho.
Acredita-se que as partículas da matéria orgânica esterilizada em partículas actuam como núcleos para coagular 3 e flocular a lama, que assim reveste os núcleos quando os componentes são misturados, e que o agente esterilizante que está presente pode ajudar, directa ou indirectamente, i.e. como intermediário, na coagulação e floculação. A mistura assegura que os componentes são proporcional e homogeneamente misturados antes de serem sujeitos à secagem. A lama de matéria orgânica pode tipicamente possuir um teor em sólidos de 16% a 30% numa base mássica. A razão mássica de lama de matéria orgânica para matéria orgânica esterilizada em partículas pode ser de 1:1 a 7:3. A etapa de mistura pode compreender qualquer misturador, que pode assim ser um misturador normal ou um misturador de elevado corte. O tempo de retenção da lama de matéria orgânica e da matéria orgânica esterilizada em partículas no misturador pode ser de 5 segundos a 2 minutos. O tempo de retenção pode depender, inter alia, da proporção de lama para matéria orgânica em partículas. A etapa de secagem pode compreender qualquer secador adequado, tal como um secador de tambor rotativo, um secador de leito fluidizado ou um secador por pulverização. Numa concretização do invento, a secagem pode ser efectuada num secador de tambor rotativo através do qual passa ar, como agente de secagem, em contra-corrente relativamente à mistura. No entanto, o ar e a mistura podem passar através do secador co-correntemente. A temperatura de secagem, por exemplo a temperatura do ar quente que é utilizada no secador de tambor rotativo, não deveria exceder 90°C, e preferivelmente não exceder 75°C, de modo a não comprometer o valor biológico intrínseco do produto. Como tal, a temperatura do ar, quando ar é utilizado como agente de secagem, pode ser de 50°C a 75°C, e a sua humidade relativa pode ser de 5% a 0,05% (em massa). O produto orgânico homogéneo está assim na forma de partículas sólidas, e é adequado para utilização como fertilizante. 4
De acordo com um segundo aspecto do invento, é proporcionado um processo para produção de matéria orgânica esterilizada em partículas, processo que inclui: • a adição de um agente esterilizante a uma lama de matéria orgânica, para formar uma lama de matéria orgânica esterilizada; • a secagem da lama de matéria orgânica esterilizada para obter matéria orgânica esterilizada seca; e • a fragmentação da matéria orgânica seca para obter a matéria orgânica esterilizada em partículas. A matéria orgânica esterilizada em partículas assim obtida é adequada para utilização no processo de acordo com o primeiro aspecto do invento. O agente esterilizante, a sua adição à lama, a secagem da lama e a fragmentação da matéria orgânica seca podem ser como descrito anteriormente. 0 invento será agora descrito em maior detalhe com referência aos diagramas em anexo, em que • a Figura 1 mostra, numa forma simplificada de diagrama de blocos, um processo de acordo com o invento para o tratamento de um fertilizante orgânico; e • a Figura 2 mostra, numa forma simplificada de diagrama de blocos, um processo para produção de matéria orgânica esterilizada em partículas, adequada para utilização no processo da Figura 1.
Referindo a Figura 1, a referência numérica 10 indica genericamente um processo de acordo com o invento para tratar um fertilizante orgânico em forma líquida ou de lama. 0 processo 10 inclui uma corrente 12 de fertilizante orgânico que conduz a um misturador 14. Uma corrente 16 conduz do misturador 14 para um secador de tambor rotativo 18, com uma corrente 20 de remoção do produto orgânico em partículas do tambor 18. A corrente 20 conduz a uma etapa de peneiração e classificação 22, com uma corrente 24 de remoção de produto da etapa 22. 5
Uma corrente 26 de reciclo de produto conduz da etapa 22 para um moinho 28, com uma corrente 3 0 que conduz do moinho 28 para o misturador 14.
Uma corrente 32 de ar quente conduz de uma fonte de aquecimento 34, e.g. um sistema de bomba de calor, para o secador 18, com uma corrente 36 de ar esgotado conduzindo do secador de volta para o sistema de bomba de calor.
Fertilizante orgânico é tratado no processo 10. 0 fertilizante orgânico está na forma líquida ou de lama. O fertilizante orgânico pode ser lama desinfectada esterilizada enriquecida, tal como a produzida por um processo de acordo com ZA 89/6160 que é portanto aqui incorporado por referência. Assim, numa concretização do invento, o fertilizante orgânico pode ser o obtido espessando de lama de esgoto de uma concentração de sólidos de 0,01-5% (em massa) até um teor em sólidos de cerca de 15% (em massa); tratando a lama de esgoto espessada num reactor tubular a uma pressão de 1-3 bar(g) pela adição, com mistura íntima, de amoníaco gasoso suficiente para elevar o seu pH até cerca de 11,6 e com a temperatura da lama a subir até cerca de 40°C, opcionalmente seguido pela adição, após a lama ter reagido com o amoníaco durante cerca de 10 minutos, de um agente esterilizante tal como peróxido de hidrogénio ou ozono, seguido pela adição, com mistura íntima, de ácido fosfórico suficiente para neutralizar o amoníaco na lama, de forma a que o seu pH seja cerca de 7, e com a temperatura da lama, por meio da reacção exotérmica entre o amoníaco e o ácido fosfórico, a subir até pelo menos 65°C-70°C, para obter lama desinfectada esterilizada enriquecida ou fertilizante orgânico; e opcionalmente, adicionando um nutriente tal como um nitrato ao fertilizante orgânico.
Em utilização, o fertilizante orgânico, que está assim na forma de uma lama ou líquido, entra no misturador 14 através da corrente 12. O fertilizante orgânico possui um teor em sólidos de cerca de 25% a 30% em massa. No misturador 14, o fertilizante orgânico é misturado com produto orgânico homogeneizado granulado que é reciclado de volta ao misturador ao longo da corrente 26, moinho 28 e corrente 30. A razão mássica de fertilizante orgânico para produto orgânico 6 reciclado é tipicamente de 6:4. O tempo de retenção no misturador 14 é tipicamente de cerca de 10 a 20 segundos.
No misturador 14, o produto orgânico homogeneizado granulado reciclado, que está portanto na forma de partículas substancialmente sólidas, actua como núcleo para o fertilizante orgânico, com o fertilizante orgânico a recobrir as partículas de produto orgânico. As partículas de matéria orgânica actuam assim como núcleo para coagular e flocular o fertilizante orgânico, como anteriormente descrito. O misturador assegura que os componentes são misturados regular e homogeneamente. A mistura resultante passa ao longo da corrente 16 para o secador rotativo 18, onde é contactada em contra-corrente com ar quente, que entra pela corrente 32, e que está a uma temperatura de cerca de 65 °C a 75°C e a uma humidade relativa de cerca de 2% a 0,5%. O ar esgotado é retirado do secador 18 por uma corrente 36 e reaquecido na fonte de calor 34, que é tipicamente um sistema de bomba de calor. A mistura que entra no secador 18 possui tipicamente um teor de humidade de cerca de 40% a 50% numa base mássica.
Um produto orgânico que está homogeneizado, i.e. que possui uma composição homogénea, e que está em forma de partículas ou granulada, é produzido no secador 18 e passa pela corrente 20 para a etapa 22 de peneiração e classificação. Será de notar que, devido à utilização do secador de tambor 18, as partículas são arredondadas e condicionadas, o que portanto facilita a sua peneiração e classificação.
As partículas de dimensão correcta, que varia entre 3 mm e 5 mm, são retiradas ao longo da corrente 24 e podem ser ensacadas, armazenadas e comercializadas como fertilizante orgânico.
As partículas de dimensão demasiado pequena, i.e. partículas inferiores a 3 mm, são retiradas pela corrente 26, assim como o são as partículas de dimensão demasiado grande, i.e. partículas superiores a 5 mm. As partículas demasiado grandes passam através do moinho 28 onde são trituradas, 7 tipicamente até um tamanho de cerca de 0,5 mm a 0,05 mm, após o que são recicladas para o misturador 14, onde actuam como núcleos, como anteriormente foi descrito. Naturalmente, as partículas de dimensão demasiado pequena que são removidas pela etapa 22 de peneiração e classificação não necessitam passar através do moinho 28, mas ao invés passam directamente para o misturador 14.
Acredita-se que o produto em partículas que é reciclado para o misturador 14, além de conter um agente esterilizante (amoníaco) que ajuda a coagular e flocular o fertilizante orgânico, também possui componentes químicos/biológicos intrínsecos que o tornam um agente de mistura adequado para ajudar na formação de grânulos no secador 18. Como tal, é possível alimentar uma mistura, contendo um teor de humidade maior que o previsto, para o secador 18 sem aumentar a probabilidade da mistura aderir às paredes do secador, e produzindo assim um produto final enriquecido e com valor acrescentado, adequado para utilização como um fertilizante seco em partículas.
Se desejado, durante o arranque ou em operação normal, pode ser adicionada matéria orgânica esterilizada em partículas externa adicional ao misturador 14 pela corrente 38, indicada pela linha a tracejado. Esta matéria orgânica esterilizada em partículas forma assim parte da matéria orgânica esterilizada em partículas total que é adicionada à lama no misturador 14. A matéria orgânica esterilizada em partículas externa assim utilizada pode ser a obtida pelo processo 50, conforme indicado na Figura 2. O processo 50 inclui uma corrente 52 de lama de matéria orgânica bruta, que conduz a uma etapa de mistura 54, para onde também conduz uma corrente 56 de adição de agente esterilizante. Uma corrente 58 de transferência de matéria orgânica esterilizada conduz do misturador 54 para um leito de secagem solar 60. Uma corrente de remoção 62 conduz do secador 60 para um moinho 64, de onde sai a corrente 38 de matéria orgânica esterilizada em partículas. 8
Em utilização, lama de matéria de matéria orgânica bruta, e.g. lama de esgoto bruta, pasta de papel, lama de estrume de porco e água ou similar, é introduzida no misturador 54 pela corrente 52. É introduzido suficiente agente esterilizante, tal como amoníaco e ácido inorgânico, pela corrente 56 para o misturador 54 de modo a esterilizar a lama. A lama esterilizada passa pela corrente 58 para o leito de secagem solar 60, onde é sujeita a secagem solar durante um período de tipicamente cerca de 10 semanas. Quando o componente água da lama foi substancialmente evaporado, de modo a restar um produto seco residual, o produto seco é passado para o moinho 64 onde é triturado até uma matéria orgânica esterilizada em partículas de dimensão apropriada, tipicamente de 0,5 mm a 0,05 mm, que é depois alimentada ao misturador 14.
Foi portanto constatado inesperadamente que o processo 10 proporciona um modo particularmente eficaz de desidratar e granular fertilizante orgânico líquido, i.e. de converter fertilizante orgânico líquido em fertilizante orgânico em partículas sólidas. Em particular, pela adição de partículas sólidas secas ou núcleos à lama de matéria orgânica, o teor em água da lama é reduzido e são portanto largamente evitadas viscosidades extremas, que são habitualmente atingidas quando as lamas são secas e que conduzem à colmatação do equipamento de secagem utilizado.
Lisboa, 2007-12-20
Claims (10)
1/2 REIVINDICAÇÕES 1. Processo para produção de um produto orgânico homogéneo em partículas a partir de uma lama de matéria orgânica espessada, processo que inclui numa etapa de mistura, a mistura de uma lama de matéria orgânica e matéria orgânica esterilizada em partículas, para formar uma mistura de matéria orgânica; e numa etapa de secagem, a secagem da mistura de matéria orgânica para obter um produto orgânico homogéneo em partículas, caracterizado por (i) a lama de matéria orgânica que é misturada com a matéria orgânica esterilizada em partículas na etapa de mistura ser uma lama enriquecida, obtida, numa etapa de tratamento, pelo tratamento de uma lama de matéria orgânica espessada sucessivamente com amoníaco e um ácido inorgânico, provocando o amoníaco um aumento no pH da lama e provocando o ácido inorgânico uma diminuição no pH da lama; (ii) a razão mássica entre a lama enriquecida e a matéria orgânica esterilizada em partículas estar entre 1:1 e 7:3, de modo que o teor em água da mistura seja inferior ao teor em água da lama enriquecida; (iii) a matéria orgânica esterilizada em partículas actuar como um agente nucleante que ajuda na granulação da lama enriquecida, e (iv) pelo menos alguma da matéria orgânica esterilizada em partículas estar na forma de produto orgânico homogéneo em partículas fragmentado e reciclado.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a lama de matéria orgânica espessada ser um fertilizante orgânico.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a lama de matéria orgânica espessada ser lama de esgoto, pasta de papel ou estrume animal líquido.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3 inclusive, caracterizado por o ácido inorgânico ser ácido fosfórico. 2/2
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4 inclusive, caracterizado por a lama de matéria orgânica espessada possuir um teor em sólidos de 16% a 30% numa base mássica.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5 inclusive, caracterizado por a razão mássica entre a lama enriquecida e o material orgânico esterilizado em partículas ser de 6:4.
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6 inclusive, caracterizado por a etapa de mistura compreender um misturador, sendo o tempo de retenção da lama enriquecida e da matéria orgânica esterilizada em partículas no misturador de 5 segundos a 2 minutos.
8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7 inclusive, caracterizado por a etapa de secagem compreender um secador, e a temperatura de secagem não exceder 90 °C.
9. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por a temperatura de secagem não exceder 75°C.
10. Processo de acordo com a reivindicação 8 ou reivindicação 9, caracterizado por o secador ser um secador de tambor rotativo para onde é alimentado ar quente que serve para secar a mistura de matéria orgânica, tendo o ar quente uma temperatura de entrada de 50°C a 75°C e uma humidade relativa de 5% a 0,05% (em massa). Lisboa, 2007-12-20
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