WO2010045696A1 - Processo de tratamiento dos dejetos humanos por desidratação da materia orgânica e aparelho sanitário sem utilização de água - Google Patents

Processo de tratamiento dos dejetos humanos por desidratação da materia orgânica e aparelho sanitário sem utilização de água Download PDF

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Abstract

A presente invenção apresenta um processo de tratamento de dejetos humanos no qual a desidratação da matéria orgânica é realizada in loco, em aparelho sanitário, sem utilização de água. O material recolhido será submetido a um processo de desidratação dentro do próprio aparelho sanitário, de modo a reduzir este material á uma pequena quantidade de pó estéril. Este resíduo poderá então ser reutilizado na agricultura, como fertilizante, ou na produção de biocombustível. A invenção trata também de um novo aparelho sanitário que não utiliza água para arrastar os dejetos, para ser empregado em locais com grande demanda de tratamento sanitário e com dificuldade de ampliação das redes convencionais existentes.

Description

PROCESSO DE TRATAMENTO DOS DEJETOS HUMANOS POR DESIDRATAÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA E APARELHO SANITÁRIO SEM UTILIZAÇÃO DE ÁGUA

Campo da invenção

A presente invenção trata de um processo de tratamento de dejetos humanos por meio da desidratação da matéria orgânica aplicado em aparelhos sanitários. Mais especificamente, a invenção apresenta um processo de tratamento de dejetos humanos no qual a desidratação da matéria orgânica é realizada in loco, em aparelho sanitário, sem utilização de água. O aparelho sanitário empregado no tratamento foi especialmente desenvolvido para este fim.

Fundamentos da invenção

Especialmente nos grandes centros urbanos, o crescimento desordenado das aglomerações humanas, criam dificuldades às prefeituras e concessionárias para atenderem à crescente demanda de tratamento de esgoto sanitário. A falta de medidas práticas de saneamento e educação faz com que grande parte da população lance esgoto diretamente no solo, dando origem a valas insalubres e fétidas, as denominadas "valas negras", principal causa de disseminação de doenças e desequilíbrio ecológico grave.

A comunidade científica, por outro lado, há anos vem alertando para a necessidade de preservar a água natural do planeta, recurso vital que está se tornando cada vez mais escasso. Portanto, é inadmissível que se utilize um recurso tão precioso e caro, para despejar o esgoto sanitário doméstico.

Os métodos convencionais de recolhimento e tratamento de esgoto demandam enormes quantidades de água, produtos químicos e tempo, além do desperdício de água limpa, própria para consumo humano, na maioria dos casos. As descargas convencionais e caixas acopladas operam com fluxo de água de no mínimo 12 a 20 litros por acionamento, apenas para transportar efluentes.

Nos métodos de tratamento convencionais os dejetos, arrastados pela água de descarga do vaso sanitário, com seu volume aumentado desproporcionalmente, são lançados na rede de esgoto e conduzidos até uma estação de tratamento. Posteriormente são submetidas a tratamentos diversos, até que sejam decompostos e se obtenha um lodo (fase sólida) é um líquido sobrenadante, os quais precisam ser separados e novamente tratados antes de serem descartados ou re-aproveitados. Modernamente foram desenvolvidos diversos processos que permitem aproveitar o lodo, aRós desinfectado, na agricultura, por exemplo, como fertilizante, e também a água, para reciclagem ou uso industrial.

Assim, o processo agora proposto, tem por objetivo primário eliminar o desperdício de água, apresentando uma tecnologia revolucionária, sem consumo de água, fazendo a desidratação do esgoto sanitário doméstico in loco, conforme será descrito em detalhe mais adiante.

Técnica relacionada

A preocupação em preservar os recursos naturais e manter um meio ambiente saudável para todos, por consequência, melhorando a qualidade de vida, tem ensejado pesquisadores e técnicos a desenvolverem processos ecológicos nas mais diversas áreas de atuação. A área de Saúde Pública constitui uma das mais visadas e importantes. Informações divulgadas a respeito de saneamento (IPEA - Serviço Nacional de Informações sobre Saneamento - Diagnóstico dos Serviços de Água e Esgoto, 2002) considera bastante critica a situação do país. No Brasil são produzidos diariamente 10 bilhões de litros de esgoto, dos quais somente 10% recebem algum tipo de tratamento e 5% têm destino final adequado.

Nos últimos anos tem sido cada vez mais frequente notícias a respeito de processos industriais menos poluentes, reciclagem de produtos os mais diversos, produção de alimentos mais saudáveis, técnicas de plantio de alimentos utilizando adubos ecológicos, etc.

Mais especificamente na área de saneamento, alguns métodos para economizar água já foram propostos e adotados em diversas partes do mundo.

A patente norte-americana US 5.400.443, citada como referência, apresenta um dispositivo para processar resíduo sanitário sólido com o objetivo de reduzir a poluição e fornecer um material reciclável com textura granular. Este dispositivo, entretanto, utiliza ainda o método tradicional, pois necessita de rede de esgoto e utiliza água para a descarga dos dejetos.

As edificações mais modernas nos grandes centros, sejam construções novas ou reformadas, especialmente edifícios comerciais, administrativos, shopping centers, aeroportos, nas quais se encontram um grande número de pessoas, seja população fixa ou flutuante, têm apresentado propostas que adotam sistemas de coleta.de esgotos a vácuo, o que proporciona redução da ordem de 90% no volume de esgoto gerado e redução do consumo de água nas bacias sanitárias.

Estudos mais recentes desenvolvidos por grupos ambientalistas descrevem um vaso sanitário ecológico seco, que permite reciclar urina e tratar fezes humanas, especialmente em locais onde haja escassez de água ou falta de saneamento. O vaso seco possui separação para fezes e urina e não utiliza água. Dessa forma, o processo economiza água, evita a contaminação dos aquíferos e propicia a utilização dos nutrientes das excretas humanas no solo. Segundo este método o sanitário tem uma separação para fezes e urina. Assim, no momento que ele é utilizado, cada excreta cai no seu devido lugar. Num coletor colocado abaixo do vaso são depositadas as fezes e a urina é levada para outro compartimento. Em seguida é dado o devido tratamento para cada um, antes de retorná-los ao meio ambiente: a urina é misturada com água e serve para regar as plantas, enquanto as fezes são colocadas numa vala para maturação e após seis meses é retirada para adubar a terra. Este sistema se apresenta mais adequado para uso em zonas rurais, onde geralmente há espaço para instalação de grandes reservatórios.

O sistema acima descrito tem como vantagem o fato de o sanitário não ter mau cheiro e os excrementos serem utilizados como fontes de nutrientes para o solo. Todavia, apresentam como desvantagem a necessidade de separação dos excretas e o longo tempo demandado para degradar todo o material sólido, o que o torna impróprio para os grandes centros.

Muitos estudos apontam a reutilização do lodo proveniente do tratamento convencional do esgoto sanitário como solução alternativa para produção de combustível. Entretanto, a dificuldade em retirar o excesso de água de sua composição e a quantidade de energia que seria despendida para torná-lo adequado ao uso, tornam a proposta inviável.

A presente invenção tem por objetivo apresentar uma tecnologia totalmente inovadora, que rompe paradigmas e que modifica o conceito de tratamento até então empregado para lidar com dejetos humanos, podendo ser aplicada principalmente em centros urbanos com grande densidade populacional, e que dispensa a utilização de água e de infra-estrutura de rede de abastecimento de água para este fim e também dispensa rede de esgoto para escoamento. A invenção dá tratamento final adequado ao esgoto através da reutilização do resíduo como adubo e combustível. Este reuso agrega valor ao produto resultante, o que torna todo o sistema sustentável.

Breve descrição das figuras

A Figura 1 apresenta uma vista frontal e uma vista lateral, respectivamente, do aparelho sanitário sem água, objeto da presente invenção.

A Figura 2 apresenta uma vista em corte do aparelho sanitário da invenção.

A Figura 3 apresenta uma vista em corte do aparelho sanitário da invenção, provido com uma proposta alternativa para seu melhoramento. Sumário da invenção

Em um primeiro aspecto a invenção trata de um novo aparelho sanitário que não utiliza água para arrastar os dejetos, para ser empregado em locais com grande demanda de tratamento sanitário e com dificuldade de ampliação das redes convencionais existentes. O novo aparelho sanitário permite que os dejetos humanos sejam tratados in loco, sem o consumo de água, por meio da desidratação da matéria orgânica. Compreende um aparelho sanitário de dimensões e aspecto externo semelhantes ao vaso sanitário comum ao que a população está acostumada. Por não utilizar água para o arraste dos dejetos, dispensa sua conexão a qualquer instalação hidráulica, seja rede de abastecimento de água, seja rede de esgoto.

Em um segundo aspecto, a invenção se refere ao processo de tratamento dispensado aos dejetos humanos quando se utiliza o aparelho sanitário da invenção. O material recolhido será submetido a um processo de desidratação dentro do próprio aparelho, de modo a reduzir este material a uma pequena quantidade de pó estéril. Este reaproveitamento é importante na agricultura, como fertilizante, ou na produção de biocombustível.

Descrição detalhada da invenção.

Para que a invenção possa ser mais bem compreendida sua descrição detalhada será feita com referência às Figuras que acompanham o presente relatório e dele são parte integrante. Conforme pode ser observado na Figura 1, o aparelho sanitário, objeto da presente invenção apresenta externamente o aspecto de um vaso sanitário comum. Esta semelhança é intencional, para facilitar a aceitação e identificação cultural dos futuros usuários. Contudo, seu método de funcionamento é completamente diferente do processo tradicional, começando pelo fato de o vaso sanitário da presente invenção não utilizar água. Isto significa que o aparelho sanitário não necessita estar conectado a rede hidráulica ou rede de esgoto. Ao invés de se despejar os dejetos na água, este material orgânico será desidratado in loco por meio de radiação por microondas.

O aparelho é formado por três partes principais, a saber: uma parte superior (A), uma parte intermediária (B) e uma parte inferior (C). O aparelho sanitário sem utilização de água é apresentado em detalhe na Figura 2.

Na parte intermediária (B) estão localizadas uma câmara de desidratação (1) provida com uma tampa (2), uma fonte de microondas (3) e elementos para conexão com uma fonte de energia elétrica, por exemplo, um fio com tomada (4) comum conectado à fonte de energia elétrica (110V ou 220V) para alimentar o sistema. Na parte inferior (C) encontra-se um primeiro reservatório (5) no qual as cinzas serão recolhidas, sendo que entre a câmara de desidratação (1) e este primeiro reservatório (5) localiza-se um diafragma (6) que permanece fechado enquanto o aparelho está sendo usado, mas que se abre, após a desidratação do material orgânico, para deixar passar os resíduos já em forma de cinzas para o referido primeiro reservatório (5). Este reservatório (5) poderá conter em seu interior um dispositivo adequado para armazenamento e posterior recolhimento das cinzas, como por exemplo uma gaveta (7) removível ou basculante (tulha) . A parte superior (A) forma um recipiente provido com uma tampa, e, em seu interior localiza-se um segundo reservatório (8), em forma de bujão removível provido de válvulas de controle, para recolhimento dos gases gerados pela desidratação dos dejetos humanos (fezes, urina, vómito, entre outros), naturalmente depositados pelo usuário na câmara (1). Externamente, encontra-se localizada uma botoeira regulável (9), onde o usuário poderá acionar um painel simplificado de funções.

O principal componente da fonte de microondas (3) é uma válvula especial chamada "megatron", que produz a radiação de microondas em 2450 MHz a uma potência de 900 Watts, comumente utilizada para aquecer alimentos e que será utilizada para fazer a desidratação do material orgânico. Seu esquema de funcionamento pode ser representado como sé segue:

O material orgânico tem em geral em sua composição cerca de 80% de líquido e a urina praticamente 100%. A desidratação é feita por meio de radiação de microondas. A radiação aumenta a vibração das moléculas de água, que se aquecem de dentro para fora e evaporam, restando apenas uma pequena quantidade de pó desidratado: O sistema é acionado pela botoeira regulável (9) e o processo de desidratação deve durar de 1 a 5 minutos. Os resíduos - cinzas e gases - recuperados nos reservatórios (5, 8) estão prontos para serem reutilizados como adubo ou biocombustível. Este reuso agrega valor ao produto resultante, o que torna todo o sistema sustentável. A possibilidade de reutilização desses resíduos torna este tipo de tratamento altamente promissor, pois agrega valor ao que seria rejeitado.

Uma forma alternativa de realizar a desidratação desses materiais é utilizar úm processo de liofilização. Neste caso, o material deve ser congelado a muito baixas temperaturas, da / ordem de -20°C e posteriormente submetido a vácuo, fazendo com que a água existente nesses dejetos seja retirada por sublimação, passando diretamente para o estado gasoso. O resultado será um produto com estrutura porosa livre de umidade e capaz de ser reconstituído pela simples adição de água.

A utilização do aparelho sanitário sem água é muito simples e prática, o que possibilita sua rápida aceitação.

De uma forma resumida o processo para utilização do aparelho compreende basicamente das seguintes etapas:

a) conectar a tomada (4) comum à fonte de energia elétrica para alimentar o sistema;

b) depositar os dejetos naturalmente na câmara de desidratação (1) do aparelho, sendo que o diafragma (6) localizado entre a câmara de desidratação e o primeiro reservatório (5) para recolhimento das cinzas neste momento deve estar fechado;

c) fechar a tampa (2) da câmara de desidratação (1) para permitir que o aparelho possa ser acionado;

d) programar a função por meio de uma botoeira regulável (9) localizada na parte superior (A) do aparelho;

e) iniciar o processo de desidratação do material, recolhendo simultaneamente no segundo reservatório (8) instalado na' parte superior (A) do aparelho, os gases gerados durante o tratamento; f) deixar passar as cinzas através do diafragma (6), que se abre ao final do tratamento, para o recipiente de armazenamento (7) instalado no interior do primeiro reservatório (5) localizado na parte inferior (C) do aparelho. A necessidade de coleta das cinzas ou substituição do bujão de armazenamento dos gases varia de acordo com a frequência de utilização do aparelho. Para uma família de cinco pessoas estima-se uma troca a cada mês. r

Um aprimoramento adicional alternativo, mas não obrigatório, para o do aparelho sanitário sem água da invenção é apresentado na Figura 3. Consiste em revestir a câmara de desidratação do aparelho com um filme (10) de material descartável (especialmente desenvolvido para este fim), o qual se desenrola a partir das bordas para o interior da câmara (1) de desidratação como uma camisa (11), passa pelo diafragma (6) e pode ser recolhido por meio de uma bobina (12) instalada no interior do primeiro reservatório (5) do aparelho.

Embora o processo de tratamento dos dejetos humanos por desidratação in toco da matéria orgânica e aparelho sanitário sem utilização dé água que acaba de ser descrito seja a forma de realização preferida da invenção, compreender-se-á que diversas modificações poderão ser introduzidas no invento sem fugir do conceito apresentado e de sua proteção, podendo alguns elementos ser substituídos por outros com a mesma função técnica, em especial os materiais utilizados, suas dimensões, formas e proporções.

Claims

REIVINDICAÇÕES
1. APARELHO SANITÁRIO SEM UTILIZAÇÃO DE ÁGUA para tratamento de dejetos humanos, caracterizado por o referido aparelho compreender uma parte superior (A), uma parte intermediária (B) e uma parte inferior (C);
- na parte intermediária (B) estão localizados uma câmara de desidratação (1) provida com uma tampa (2), uma fonte de microondas (3) e elementos para conexão com uma fonte de energia elétrica, tal como uma tomada (4), para alimentar o sistema;
- na parte inferior (C) encontra-se um primeiro reservatório (5) no qual as cinzas serão recolhidas, sendo que entre a câmara de desidratação (1) e este primeiro reservatório (5) localiza-se um diafragma (6) que permanece fechado enquanto o aparelho está sendo usado, mas que se abre, após a desidratação do material orgânico, para deixar passar os resíduos em forma de cinzas para o referido primeiro reservatório (5), o qual poderá conter em seu interior um dispositivo adequado, tal como uma gaveta (7), para armazenamento e posterior recolhimento das cinzas; e
- na parte superior (A) formar um recipiente provido com uma tampa, tendo em seu interior um segundo reservatório (8), em forma de bujão
. removível provido de válvulas de controle, para recolhimento dos gases gerados pela desidratação dos dejetos humanos, e externamente, uma botoeira regulável (9), onde o usuário poderá acionar um painel simplificado de funções.
2. APARELHO SANITÁRIO SEM UTILIZAÇÃO DE ÁGUA de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por compreender um dispositivo para tratamento de dejetos humanos in loco por meio da desidratação da matéria orgânica.
3. APARELHO SANITÁRIO SEM UTILIZAÇÃO DE ÁGUA de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por o referido aparelho possuir externamente as características de um vaso sanitário convencional, porém sem estar ligado a qualquer rede de abastecimento de água ou rede de esgoto sanitário.
4. APARELHO SANITÁRIO SEM UTILIZAÇÃO DE ÁGUA de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por alternativamente a câmara de desidratação (1) do aparelho ser revestida com um filme (10) de material descartável, o qual se desenrola a partir das bordas para o interior da câmara (1) de desidratação como uma camisa (11), passa pelo diafragma (6) e pode ser recolhido por meio de uma bobina (12) instalada no interior do primeiro reservatório (5) do aparelho.
5. PROCESSO DE TRATAMENTO DOS DEJETOS HUMANOS POR DESIDRATAÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA utilizando o aparelho sanitário sem água da reivindicação 1 , caracterizado por compreender as seguintes etapas:
a) conectar a tomada (4) comum à fonte de energia elétrica para alimentar o sistema;
b) depositar os dejetos naturalmente na câmara de desidratação (1) do aparelho, sendo que o diafragma (6) localizado entre a câmara de desidratação e o primeiro reservatório (5) para recolhimento das cinzas neste momento deve estar fechado;
c) fechar a tampa (2) da câmara de desidratação (1) para permitir que o aparelho possa ser acionado;
d) programar a função por meio de uma botoeira regulável (9) localizada na parte superior (A) do aparelho;
e) iniciar o processo de desidratação do material, recolhendo simultaneamente no segundo reservatório (8) instalado na parte superior (A) do aparelho, os gases gerados durante o tratamento; f) deixar passar as cinzas através do diafragma (6), que se abre ao final do tratamento, para o recipiente de armazenamento (7) instalado no interior do primeiro reservatório (5) localizado na parte inferior (C) do aparelho
6. PROCESSO DE TRATAMENTO DOS DEJETOS HUMANOS POR DESIDRATAÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a desidratação da matéria orgânica ser efetuada in loco por meio de radiação de microondas.
7. PROCESSO DE TRATAMENTO DOS DEJETOS HUMANOS POR DESIDRATAÇÃO DA MATÉRIA ORGÂNICA de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por alternativamente a desidratação da matéria orgânica ser efetuada in loco por meio de liofilização.
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