ES2204110T3 - Metodo para biorefinar el material residual organico para producir productos nutrientes desnaturalizados y esteriles. - Google Patents
Metodo para biorefinar el material residual organico para producir productos nutrientes desnaturalizados y esteriles.Info
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Abstract
Un método para convertir material orgánico residual infeccioso seleccionado del grupo que consiste en residuos alimenticios, residuos del tratamiento de alimentos, canales de animales, partes del cuerpo de animales, órganos animales, tejidos animales y mezclas de los mismos, en un producto nutricional para plantas o animales, desnaturalizado sólido, que comprende: (a) triturar el material fibroso orgánico absorbente procedente de un origen distinto al del material residual orgánico infeccioso; (b) mezclar el material fibroso orgánico absorbente con material orgánico residual infeccioso para formar una mezcla de reacción; (c) calentar la mezcla de reacción en un recipiente de un reactor hiperbárico a una temperatura elevada y a una presión superior a la atmosférica durante un tiempo suficiente para crear vapor saturado, para hidrolizar el material fibroso orgánico absorbente y para convertir la mezcla de reacción en un producto nutricional para plantas o animales, sustancialmente desnaturalizado que contiene agentes patógenos inactivados; (d) liberar el vapor del recipiente del reactor hiperbárico a un condensador; (e) deshidratar el producto nutricional para plantas o animales, desnaturalizado, en el recipiente del reactor hiperbárico para producir un producto nutricional para plantas o animales, desnaturalizado, sólido, que fluye libremente; y (f) descargar el producto nutricional para plantas o animales, desnaturalizado, sólido, que fluye libremente, deshidratado, del recipiente del reactor hiperbárico.
Description
Método para biorefinar el material residual
orgánico para producir productos nutrientes desnaturalizados y
estériles.
Esta invención se refiere generalmente a un
tratamiento de biorrefinado de materiales residuales biológicos que
desnaturaliza los agentes patógenos. Más particularmente, la
invención se refiere al tratamiento de materiales residuales
humanos, animales y vegetales, tales como residuos alimenticios y
residuos de tratamiento de alimentos en los hogares y en las
empresas de servicios alimenticios; plantas enfermas; carne y huesos
residuales procedentes de conserveras de carne y pescado; canales de
ganado, aves de corral y mascotas procedentes de granjas, corrales
de alimentación, mataderos y clínicas veterinarias; y canales,
partes del cuerpo, órganos y tejidos de animales clasificados o
condenados, que pueden especificarse por programas de enfermedad y
control nacionales, regionales o comunitarios para la destrucción;
despojos animales; residuos sólidos municipales que contienen tal
material residual; y lodos de aguas residuales procedentes de
plantas de tratamiento de aguas residuales; todos los cuales portan
o pueden portar agentes de enfermedades transmisibles infecciosos
para seres humanos y animales. Este material se trata en combinación
con material fibroso orgánico para crear y producir productos
nutricionales para plantas y animales de valor añadido y seguros
medioambientalmente, desnaturalizados y estériles.
El problema del tratamiento y la eliminación de
desechos de los materiales residuales orgánicos municipales,
residuos alimenticios y residuos animales, tales como canales
animales y animales muertos en la carretera, ha constituido un reto
para los países, los municipios y las industrias desde los albores
de la civilización. Hay un problema cada vez más crítico para los
riesgos de la salud humana debido a un aumento de la variedad de
enfermedades y agentes patógenos transmisibles, incluyendo hongos,
bacterias, virus y la encefalopatía espongiforme transmisible (TSE).
La reciente crisis en Europa relacionada con las enfermedades de
TSE, tales como la enfermedad de las vacas locas, ha acelerado la
necesidad de una tecnología benigna que inactive y desnaturalice
estos protones aislados (denominados priones).
Tradicionalmente, el tratamiento de los
materiales orgánicos residuales conllevaba el tratamiento aeróbico o
anaeróbico y/o la digestión de los materiales y la estabilización de
los materiales digeridos. Para el tratamiento de las aguas
residuales, se requieren etapas adicionales, tales como
clarificación y estabilización, utilizando depósitos o cisternas de
sedimentación, seguidas por la desecación en lagunas o con sistemas
de desecación mecánica para dar lodos de aguas residuales antes de
la eliminación de desechos final. La inactivación incompleta de los
agentes patógenos en los materiales orgánicos se producía
principalmente en la fase termófila durante el proceso de digestión.
Sin embargo, los tratamientos de residuos o eliminación de residuos
convencionales, no garantizan la esterilización de los patógenos
presentes en los materiales orgánicos, requieren enormes áreas de
terreno para las lagunas y las balsas de sedimentación o para los
vertederos controlados, así como un periodo de semanas a meses para
la finalización, y presenta contaminación de aire y agua, daño y
otros problemas para el medio ambiente de alrededor.
Durante años se han intentado otra serie de
métodos de tratamiento de residuos con diversos grados de éxito. Se
incluyen los tipos siguientes:
El tratamiento térmico en un procedimiento usado
para la desinfección y la esterilización de lodos de aguas
residuales. Durante los tratamientos térmicos se espera que se
desactiven los virus entéricos en los materiales residuales a o por
encima de 70ºC, según las directrices establecidas de la Agencia de
Protección Medioambiental de los Estados Unidos. El método se ha
reivindicado eficaz en la destrucción de la mayoría de los patógenos
entéricos en los materiales residuales, especialmente en los lodos
de aguas residuales, durante un periodo de tiempo prolongado.
La radiación ionizante también se ha intentado
como un método para esterilizar el lodo de aguas residuales. Puede
emplearse radiación gamma de 600-850 keV a niveles
de dosificación de 1 Mrad para destruir los patógenos presentes en
el lodo de aguas residuales. El ^{60}Co y el ^{137}Cs son las
fuentes principales de radiación gamma. Nordion International de
Kanata, Ontario, Canadá, ha desarrollado un sistema que usa
radiación gamma. Sin embargo, este sistema requiere grandes
desembolsos de capital y, además, altera las propiedades físicas y
químicas del lodo. También se ha usado radiación ultravioleta y de
rayos X en los esfuerzos por desinfectar los materiales residuales,
pero los resultados demostraron que la radiación sólo es eficaz para
los microorganismos indicadores, tales como el coliformo, y no es
eficaz para la mayoría de los patógenos tales como gadia y Vibro
cholerae. Estos últimos agentes presentan un mayor riesgo para la
salud humana.
La incineración es otro procedimiento de
tratamiento de residuos orgánicos cuando se usan temperaturas que
sobrepasan los 1.200ºC para oxidar completamente la biomasa o los
lodos de aguas residuales. Si se destruyen todos los materiales
genéticos asociados con microorganismos, la oportunidad de reciclar
materiales orgánicos estériles aumenta la rentabilidad del
procedimiento de tratamiento. Sin embargo, todavía se necesita
deshacerse de residuos procedentes de la operación de incineración y
las instalaciones para la incineración son caras. Además, las
emisiones al aire procedentes de la incineración siguen siendo una
preocupación medioambiental importante.
La desinfección química también se usa para
tratar los residuos líquidos. Los compuestos de cloro, el ozono y
otras sustancias esterilizantes se usan para tratar residuos
líquidos. El tratamiento químico puede producir residuos tales como
hidrocarburos clorados, los cuales hay que tratar o eliminar.
También se usa la fumigación usando ciertos gases
tóxicos para inactivar hongos, bacterias, virus y otros patógenos.
Aunque se han evaluado varias sustancias para determinar su eficacia
en la desinfección o esterilización, la aplicación de esta
tecnología requiere gran cuidado para evitar la exposición humana a
los productos químicos gaseosos tóxicos por inhalación.
La conversión a abono utiliza actividades
biológicas aeróbicas intensificadas para estabilizar los residuos
orgánicos. Los procedimientos de conversión a abono pueden variar
con los materiales de partida y las tecnologías. Hay una variedad de
convertidores de abono, desde pilas de conversión de abono hasta
cámaras automatizadas de conversión de abono. Una instalación de
conversión de abono puede tomar todos los tipos de materiales
orgánicos y de biomasa y el funcionamiento puede ser continuo si se
diseña un procedimiento de circulación a tapón. La maduración del
abono puede durar desde algunos días hasta algunas semanas. Los
costes de construcción de una instalación de conversión de abono
bien proyectada pueden ser elevados y el funcionamiento requiere un
buen sistema de control de la emisión para proteger la salud de los
operarios.
La patente de los EE.UU. número 3.385.687
demuestra la conversión de abono de residuos orgánicos municipales
triturados en un digestor. La razón del nitrógeno frente al carbono
en el abono convertido es de al menos 1:20. La patente de los EE.UU.
número 3.533.775 trata el uso de mezclas de residuo municipal
triturado y lodo de aguas residuales para fabricar fertilizante. Tal
como se enseña en el mismo, el lodo de aguas residuales se mezcla
con el residuo municipal para proporcionar una mezcla uniforme.
Después, la mezcla de lodo y residuo triturado se digiere
aeróbicamente. Los materiales resultantes se secan y se muelen para
el tratamiento del césped y otros usos. La eliminación del lodo de
aguas residuales mediante la conversión de abono del lodo con
amoniaco se muestra en la patente de los EE.UU. número 3.442.637. La
eliminación del lodo de aguas residuales mezclado con residuo
municipal desmenuzado se muestra en la patente de los EE. UU. número
3.442.637. La eliminación de lodo de aguas residuales mezclado con
residuo municipal desmenuzado se muestra en la patente de los EE.UU.
número 4.586.659. La mezcla resultante se envía a un convertidor de
abono y se trata con bacterias aeróbicas para dar un producto útil
como acondicionador del suelo. La conversión de abono no es adecuada
para tratar canales animales, ya que la conversión de abono no
desinfecta ni esteriliza los agentes patógenos contenidos en los
materiales que han de tratarse.
La publicación de solicitud de patente
internacional número WO 93/08849, publicada el 13 de mayo de 1993 y
que tiene como nombre de inventor el mismo inventor de la presente
invención, describe un método para tratar materiales biomédicos u
otros materiales residuales infecciosos asociados con los tipos de
productos de plástico, papel, metal, vidrio, etc. Los materiales
tratados incluyen material de envasado, jeringas y utensilios,
tejidos y residuos procedentes de procedimientos y cultivos
diagnósticos y quirúrgicos, vendajes, guantes de goma, ropa de cama,
pañales y compresas, etc. Esos materiales infecciosos se granulan y
se someten a una atmósfera no isotónica a temperaturas y presiones
elevadas, donde la atmósfera no isotónica crea un choque osmótico
que destruye los agentes infecciosos. Los productos desinfectados
resultantes incluyen un componente fertilizante líquido y un
componente de residuo sólido que se usa como un material compuesto o
como un residuo sólido que puede desecharse de manera segura, pero
no como un nutriente.
La descarga en el vertedero de basuras y la
diseminación de los residuos son comunes. La eliminación de los
subproductos animales, las canales enfermas, cortes de piel, cráneos
y pezuñas procedentes de industrias cárnicas se han realizado
tradicionalmente por descarga en el vertedero. El abono se almacena
normalmente y se esparce por los campos. Aunque estos materiales
pueden ser útiles como fertilizantes agrícolas, el almacenamiento,
la descarga y la diseminación de estos materiales en vertederos crea
riesgos para la salud humana. Estos incluyen la contaminación del
aire y la contaminación del agua subterránea por derramas y
proporciona lugares de incubación para vectores que portan
enfermedades, tales como las moscas. La eliminación de canales
animales u otros residuos animales infecciosos, tales como cortes de
piel, huevos podridos y similares, que son más probables que
contengan microorganismos infecciosos, tradicionalmente conllevaban
la descarga en vertedero. Este método, aunque es rentable en algunos
sitios, tiene las desventajas de contaminar el medio ambiente y de
poner en riesgo la salud humana. La descarga y la diseminación en
vertedero no son eficaces para la desinfección ni la erradicación de
los patógenos contenidos en los residuos orgánicos municipales y los
residuos animales, lodos de aguas residuales y otros residuos
orgánicos, y requieren periodos de tiempo prolongados y grandes
áreas de terreno o lagunas. Los productos de los tratamientos de la
técnica anterior, además, son malolientes y no son estériles. La
esterilidad es deseada debido a la presencia habitual de
microorganismos patógenos en los materiales. Es necesario que los
productos finales sean estériles antes de lanzarlos al mercado.
Con el brote de la encefalopatía espongiforme
transmisible (TSE), particularmente de la encefalopatía espongiforme
bovina (BSE) y de las enfermedades de encefalopatía espongiforme
ovina en Europa, la inactivación de los agentes patógenos es incluso
más necesaria. Los residuos animales, tales como despojos, estiércol
y canales, están expuestos a portar agentes infecciosos, incluyendo
hongos, bacterias, virus y priones asociados con BSE, TSE, etc. Por
tanto, existe una necesidad de métodos de tratamiento y/o
eliminación de materiales de residuos orgánicos municipales, lodo de
aguas residuales y residuos animales sin las desventajas de la
técnica anterior.
\newpage
La presente invención supera todas las
desventajas y problemas de la técnica anterior tratando y procesando
eficazmente los diversos tipos de productos de residuos orgánicos
tratados anteriormente, en combinación con un material fibroso,
material fibroso que puede obtenerse, aunque no necesariamente, de
los residuos orgánicos sólidos municipales, que también se están
convirtiendo en una carga medioambiental, ya que la descarga en
vertederos de basuras está alcanzando sus capacidades y la
producción de residuos está aumentando. La presente invención supone
el refinado y la desnaturalización del material orgánico residual
infeccioso y el uso de materiales fibrosos orgánicos, tales como
periódicos, cartón ondulado o incluso material fibroso orgánico
residual, tal como material de envasado residual mezclado o
productos vegetales secos. El método de biorrefinado de la invención
para tratar una amplia variedad de materiales residuales produce
productos finales estériles, inactivos o desnaturalizados y que no
son perjudiciales para el medio ambiente, tales como
acondicionadores o fertilizantes del suelo u otros materiales
útiles. La invención utiliza vapor saturado a temperatura y presión
elevadas durante el proceso de desnaturalización y esterilización
para desnaturalizar todos los agentes patógenos potenciales. Los
vapores malolientes se evacuan del espacio superior (headspace) del
recipiente del tratamiento, se condensan y se lavan usando lavadores
secos y húmedos disponibles comercialmente de compañías tales como
American Air Filter, Louisville, Kentucky, EE.UU. El tiempo de
tratamiento necesario para lograr estos resultados es corto, siendo
cuestión de horas, particularmente cuando se compara con las
tecnologías de la técnica anterior empleadas para el tratamiento de
residuos que pueden tardar días.
La invención encara eficazmente el problema del
tratamiento y la eliminación medioambientalmente segura de material
residual orgánico mediante un procedimiento de biorrefinado que
transforma el material infeccioso, tal como los alimentos residuales
procedentes de los hogares, la carne residual y los productos
residuales óseos procedentes de las industrias alimenticias, canales
de animales enfermos o muertos procedentes de todos los orígenes,
lodo de aguas residuales desecado y residuo orgánico sólido fibroso,
para dar productos desnaturalizados de valor añadido.
Tal como se usa en el presente documento, la
expresión "material residual orgánico infeccioso" significa
material residual orgánico que es real o potencialmente infeccioso,
porque incluye real o potencialmente cualquier tipo de agente
patógeno que es capaz de producir enfermedad o dolencia en un ser
humano o en un animal. Por tanto, el término incluye materiales
orgánicos residuales que se espera que sean infecciosos en virtud de
algunas muestras en las que se ha encontrado que contienen
patógenos. No es necesario que el material se pruebe realmente por
adelantado para determinar si es o no infeccioso.
Tal como se usa en el presente documento, el
término "desnaturalizar" y sus equivalentes gramaticales,
significa tanto esterilizar como inactivar los agentes patógenos, de
manera que ya no sean dañinos para los seres humanos o los animales.
Este término se escoge para su uso en el presente documento ya que
se aplica a microorganismos, tales como hongos, bacterias u otros
microorganismos capaces de realizar el metabolismo y la reproducción
por sí mismos; los virus que pueden observarse como microorganismos
extremadamente simples o como moléculas extremadamente complejas que
contienen normalmente un recubrimiento proteico que rodea a un
núcleo de ARN o ADN de material genético, pero no una membrana
semipermeable, que sólo pueden crecer y multiplicarse en células
vivas; y también los priones, tales como TSE, BSE y encefalopatía
espongiforme ovina, que son proteínas, en lugar de microorganismos,
pero que no obstante interaccionan con compuestos bioquímicos
humanos y animales para formar una plantilla o patrón que produce
enfermedad o dolencia. Por tanto, el término "desnaturalizar"
se usa en el presente documento como un término que engloba
convertir cualquier agente patógeno dañino en no dañino según el
método de la presente invención, independientemente de si el agente
patógeno se convierte en no dañino mediante esterilización,
inactivación o cualquier otra técnica dentro del método de la
presente invención.
La presente invención se refiere a un método para
convertir material orgánico residual infeccioso seleccionado del
grupo que consiste en residuos alimenticios, residuos del
tratamiento de alimentos, canales de animales, partes del cuerpo de
animales, órganos animales, tejidos animales y mezclas de los
mismos, en un producto nutricional para plantas o animales,
desnaturalizado, sólido, que comprende (a) triturar el material
fibroso orgánico absorbente procedente de un origen distinto al del
material residual orgánico infeccioso; (b) mezclar el material
fibroso orgánico con material orgánico residual infeccioso para
formar una mezcla de reacción; (c) calentar la mezcla de reacción en
un recipiente del reactor hiperbárico a una temperatura elevada y a
una presión superior a la atmosférica durante un tiempo suficiente
para producir vapor saturado, para hidrolizar el material fibroso
orgánico y para convertir la mezcla de reacción en un producto
nutricional para plantas o animales, sustancialmente desnaturalizado
que contiene agentes patógenos inactivados; (d) liberar el vapor del
recipiente del reactor hiperbárico a un condensador; (e) deshidratar
el producto nutricional para plantas o animales, desnaturalizado, en
el recipiente del reactor hiperbárico para producir un producto
nutricional para plantas o animales, desnaturalizado sólido, que
fluye libremente; y (f) descargar el producto nutricional,
desnaturalizado, sólido, que fluye libremente, deshidratado, del
recipiente del reactor hiperbárico.
Los productos desnaturalizados deshidratados
producidos en la invención pueden emplearse en aplicaciones
agrícolas, industriales y comerciales, tales como fertilizantes,
acondicionadores del suelo y componentes alimenticios para animales.
El vapor desnaturalizado puede recuperarse y condensarse en un
líquido desnaturalizado para su uso en aplicaciones tales como la
irrigación de cosechas o la producción de fertilizante líquido.
La invención utiliza equipo existente y probado
para el sistema de biorrefinado y tratamiento de materiales
residuales orgánicos. Los principales componentes del sistema
incluyen silos de almacenamiento, clasificadoras mecánicas, una
caldera de vapor a alta presión, un recipiente del reactor a alta
presión, un condensador, un lavador medioambiental, transportadores
y un granulador.
En general, esta invención se refiere al
tratamiento de material orgánico residual infeccioso, incluyendo
materiales residuales humanos, animales y vegetales, tales como
residuos alimenticios y residuos del tratamiento de alimentos en los
hogares y en las empresas de servicios alimenticios; plantas
enfermas, tales como las afectadas por enfermedades fúngicas; carne
y huesos residuales procedentes de conserveras de carne y pescado;
canales de ganado, aves de corral y mascotas procedentes de granjas,
corrales de alimentación, mataderos y clínicas veterinarias; y
canales, partes del cuerpo, órganos y tejidos de animales
clasificados o condenados, que puede especificarse por programas de
control y enfermedad nacionales, regionales o comunitarios para la
destrucción; despojos animales; y residuos sólidos municipales que
contienen tal material residual; y lodo de aguas residuales
procedentes de plantas de tratamiento de aguas residuales. El
tratamiento de este material infeccioso según esta invención
desnaturaliza el material, convirtiéndolo en no infeccioso.
Se prepara una mezcla de reacción, que incluye el
material residual orgánico infeccioso y material fibroso orgánico
triturado que puede derivarse de la parte fibrosa orgánica del
residuo municipal y, opcionalmente, un agente oxidante. La mezcla de
reacción se trata en vapor saturado a presión superior a la
atmosférica y a temperatura elevada para dar productos finales
granulares desnaturalizados y de valor añadido.
Aunque puede tratarse cualquier tipo de material
orgánico residual infeccioso usando esta invención, es
particularmente eficaz para tratar residuos animales que incluyen
lípidos en cantidades del orden de hasta aproximadamente el 30% en
peso. Tal residuo animal es difícil de tratar porque los lípidos
crean una masa pegajosa que resiste el tratamiento y el manejo
eficaz y eficiente.
Las canales, partes del cuerpo, órganos o tejidos
de animales que pueden tratarse según la presente invención incluyen
los del ganado habitual, incluyendo ganado bovino, ovejas, cabras,
cerdos, caballos y aves de corral incluyendo pollos, gansos y patos
y prácticamente cualquier otro animal de cualquier origen cuyas
canales, partes del cuerpo, órganos o tejidos deban eliminarse. Las
canales completas pequeñas o las canales grandes trituradas se
mezclan con material fibroso orgánico y se calientan en vapor
saturado a temperaturas elevadas y presiones superiores a las
atmosféricas durante un tiempo suficiente para proporcionar
productos finales desnaturalizados. Las canales grandes deben
triturarse o desmenuzarse hasta tamaños de partícula con una
dimensión máxima media de aproximadamente 50 mm. La clasificación
por tamaños puede realizarse usando cualquier equipo adecuado, tal
como molinos de martillo o desmenuzadoras de cizalla. La
clasificación por tamaños debe realizarse en un entorno cerrado para
evitar emisiones patógenas del aerosol en el medio ambiente
exterior. Cualquier olor o patógeno del aerosol puede tratarse
usando un sistema de filtración de aire, tal como los fabricados por
Durr Industrial Products, Inc., Plymouth, Michigan, EE.UU., o
American Air Filter.
La invención es para desnaturalizar residuos
sólidos orgánicos infecciosos, excluyendo plásticos, cauchos,
materiales metálicos, vidrio, hormigón y otros materiales duraderos.
Por tanto, la invención es principalmente para desnaturalizar
residuos animales infecciosos y, secundariamente, residuos vegetales
infecciosos y otros, tal como se observó anteriormente.
El lodo de aguas residuales fresco o desecado que
puede tratarse según la invención normalmente, pero no
exclusivamente, tiene aproximadamente desde un 2% en peso hasta
aproximadamente un 25% en peso de sólidos y aproximadamente desde un
75% en peso hasta aproximadamente un 98% en peso de agua,
preferiblemente por encima del 3% en peso de sólidos. El lodo con
bajo contenido en sólidos se deseca inicialmente usando un filtro
prensa comercialmente disponible, tal como el vendido por Micronics,
Inc., Portsmouth, New Hampshire, EE.UU. La desecación del lodo de
aguas residuales en el filtro prensa puede emplearse para aumentar
el contenido en sólidos del lodo al menos hasta aproximadamente el
10% en peso y, preferiblemente hasta al menos aproximadamente el 25%
en peso. Es preferible tratar el lodo desecado en un reactor, puesto
que se necesita calentar o evaporar menos agua, las sales presentes
en el lodo disueltas en el agua se reducen en el producto final y el
tiempo requerido para desnaturalizar y deshidratar el lodo se
reduce.
El material orgánico fibroso usado en el método
de la presente invención se necesita para obtener un producto
desnaturalizado que sea un producto sólido que fluya libremente que
pueda extraerse fácilmente del recipiente del reactor usando un
tornillo sin fin, por ejemplo. El material fibroso orgánico útil en
la invención es material que contiene celulosa y material que
contiene lignina, que tienen un contenido de humedad que no
sobrepasa aproximadamente el 40% en peso. Por tanto, el material
fibroso orgánico es lo suficientemente seco como para absorber el
agua y otros componentes líquidos, tales como sangre, del material
orgánico residual infeccioso que se está tratando, así como los
componentes lipídicos del material orgánico residual infeccioso,
incluyendo grasas y otros tipos de lípidos. Sin el uso de un
material orgánico fibroso idóneamente seco para absorber el líquido
y los componentes lipídicos del material orgánico residual
infeccioso, no sería posible producir el producto desnaturalizado,
de valor añadido, como un producto sólido que fluye libremente, tal
como se desea según la presente invención. El material fibroso
orgánico usado en la presente invención puede ser un material
relativamente puro comprado, o adquirido de otra manera para su uso
en la presente invención, tal como se describió anteriormente. Sin
embargo, si se desea, el material fibroso orgánico puede incluir o
derivarse de material residual fibroso orgánico, tal como residuo
municipal. La parte fibrosa orgánica del residuo municipal útil en
la invención incluye materiales residuales de celulosa y lignina,
por ejemplo, periódicos, cartón ondulado, material de envasado
residual mezclado y otros materiales fibrosos orgánicos. Otro
material fibroso orgánico útil en la presente invención incluye, por
ejemplo, heno, paja tal como paja de avena o paja de trigo, cáscara
de maíz y musgo, siempre que estos materiales no superen el
contenido de humedad máximo indicado. En la presente invención
pueden usarse combinaciones de diferentes tipos de materiales
fibrosos orgánicos.
El material fibroso seco se tritura hasta un
tamaño que tiene una dimensión máxima media de aproximadamente 1 mm
que puede usarse como medio de filtración y retención. Dispositivos
bien conocidos tales como molinos de martillo y granuladoras pueden
emplearse para triturar el material fibroso. El triturado aumenta el
área superficial del material orgánico fibroso haciéndolo más capaz
de absorber el líquido y los componentes lipídicos del material
orgánico residual infeccioso. El material fibroso orgánico triturado
debe tener un contenido de humedad máximo que no supere el 40% en
peso y que contenga preferiblemente no más de aproximadamente el 25%
en peso de agua, e incluso más preferiblemente, no más de
aproximadamente el 15% en peso de agua.
La mezcla de reacción que comprende el material
orgánico residual infeccioso y el material fibroso orgánico
triturado puede incluir opcionalmente un agente oxidante. El agente
oxidante intensifica la desnaturalización del material orgánico
residual infeccioso. Preferiblemente, el agente oxidante usado en la
presente invención contiene o añade al producto deseado algún valor
nutricional. Se prefieren los agentes oxidantes que tienen aniones
de nitrato, sulfato o fosfato, o mezclas de los mismos. Los cationes
para los agentes oxidantes que tienen tales aniones son
preferiblemente amonio, sodio, potasio, o mezclas de los mismos. Los
agentes oxidantes útiles para tratar los residuos infecciosos son
solubles en agua, tienen elevado potencial de oxidación y son
estables en las condiciones empleadas para tratar la mezcla de
reacción. Ejemplos preferidos de agentes oxidantes incluyen el
nitrato de amonio y el nitrato de potasio. Ejemplos de otros agentes
oxidantes incluyen, pero no se limitan a, sulfatos tales como el
sulfato de amonio y el sulfato de potasio, y ácido nítrico y ácido
sulfúrico. El nitrato de amonio es actualmente el agente oxidante
más preferido y el nitrato de amonio en forma de fertilizante
químico en proporciones 34-0-0
(N-P_{2}O_{5}-K_{2}O) es una
fuente especialmente útil. Sin embargo, el nitrato de amonio no debe
usarse si el producto final se usa como alimento para animales.
Generalmente, cuando se preparan mezclas de
reacción para el tratamiento para obtener un producto final
desnaturalizado para su uso como un acondicionador del suelo o un
nutriente para plantas, el agente oxidante se añade al material
orgánico residual infeccioso en una cantidad suficiente para
intensificar significativamente la destrucción de patógenos, o para
intensificar el producto hasta un nivel nutricional específico. Se
espera que un agente oxidante acelere la escisión de los enlaces en
los compuestos orgánicos, particularmente aquellos de las sustancias
de cadena larga. La cantidad de agente oxidante puede variar,
dependiendo del tipo de agente oxidante escogido y de la naturaleza
y el tipo de material orgánico residual infeccioso que se esté
tratando. En general, se prefiere que el agente oxidante se añada al
material orgánico residual infeccioso en una cantidad para
proporcionar una razón en peso del agente oxidante con respecto al
material orgánico residual infeccioso de desde aproximadamente 1:30
hasta aproximadamente 1:10. Esta razón en peso funciona bien cuando
el agente oxidante es nitrato de amonio y cuando el material
orgánico residual infeccioso es lodo de aguas residuales desecado o
residuo animal del tipo tratado anteriormente, por ejemplo. Además,
como se observó anteriormente, el nitrato de amonio no debe usarse
si el producto desnaturalizado final producido mediante el método de
esta invención ha de usarse como un alimento para animales. Por
tanto, normalmente, pero no exclusivamente, el material residual
tratado que usa nitrato de amonio como el agente oxidante debería
usarse como un acondicionador o fertilizante del suelo, u otro
producto agrícola.
El material orgánico residual infeccioso, con o
sin un oxidante opcional, junto con el material fibroso orgánico
triturado, proporciona una mezcla de reacción. El orden de adición
de los materiales de partida no importa. Si se usa un agente
oxidante opcional, se prefiere, pero no es esencial, mezclar el
agente oxidante y el material orgánico residual infeccioso antes de
combinar esa mezcla con el material fibroso triturado o antes de
añadir el material fibroso triturado a esa mezcla. Adicionalmente,
los materiales pueden mezclarse de antemano y luego cargarse en un
recipiente del reactor hiperbárico, o los materiales de partida
pueden añadirse como componentes separados en el recipiente del
reactor hiperbárico, siempre que el recipiente del reactor incluya
elementos de agitación o mezclado, tal como un árbol con paletas de
agitador extendidas, de manera que la mezcla de reacción pueda
mezclarse dentro del recipiente del reactor.
La mezcla de reacción normalmente tiene una razón
en peso de material orgánico residual infeccioso con respecto al
material fibroso orgánico triturado de desde aproximadamente 1:4
hasta aproximadamente 4:1 y, preferiblemente, desde aproximadamente
1:3 hasta aproximadamente 3:1. Las proporciones de material orgánico
residual infeccioso y material orgánico fibroso triturado en la
mezcla de reacción pueden variar según el uso del producto final
desnaturalizado. Por ejemplo, cuando el producto desnaturalizado
está destinado a usarse como fertilizante, la razón en peso de
material orgánico residual infeccioso con respecto al material
orgánico fibroso triturado puede ser de aproximadamente 4:1. Cuando
el producto final desnaturalizado está destinado a usarse como
acondicionador del suelo, la razón en peso de material orgánico
residual infeccioso preferiblemente enriquecido con nutrientes con
respecto al material orgánico fibroso triturado puede ser de
aproximadamente 1:3. En el caso en el que el producto final
desnaturalizado esté destinado a alimento para animales, la razón en
peso de residuo animal, tal como canales animales, con respecto al
material orgánico fibroso triturado puede ser de desde
aproximadamente 3:1 hasta aproximadamente 1:1 para garantizar la
absorción de lípidos y, especialmente, de materiales grasos por el
material orgánico fibroso. Los expertos en la técnica, en vista de
esta descripción, podrán determinar otras razones útiles del
material orgánico residual infeccioso con respecto al material
orgánico fibroso triturado para proporcionar productos
desnaturalizados útiles en otras aplicaciones específicas.
Una vez que la mezcla de reacción está en el
recipiente del reactor hiperbárico, el recipiente se sella
completamente y después se calienta a desde aproximadamente 180ºC
hasta aproximadamente 200ºC, preferiblemente a desde aproximadamente
180ºC hasta aproximadamente 190ºC y, más preferiblemente, a
aproximadamente 185ºC. Debido a la naturaleza acuosa de la mezcla de
reacción, se genera vapor saturado en el recipiente del reactor a
una presión de desde aproximadamente 140 hasta aproximadamente 200
psi (de desde aproximadamente 9,85 hasta aproximadamente 14,06
kg/cm^{2}), preferiblemente a aproximadamente 150 psi (10,55
kg/cm^{2}). Si se desea, puede inyectarse vapor procedente de una
fuente externa, tal como una caldera u otro equipo que genere vapor,
en el interior del recipiente del reactor para acelerar el
calentamiento y la presurización dentro del recipiente. El
calentamiento de la mezcla de reacción y su consiguiente exposición
al vapor saturado a presión elevada se continúa durante un periodo
suficiente para desnaturalizar la mezcla de reacción. Normalmente,
este periodo es desde aproximadamente 20 hasta aproximadamente 40
minutos, preferiblemente de aproximadamente 30 minutos, pero podría
ser más largo, del orden de aproximadamente 60 minutos, si se
desea.
La mezcla de reacción tratada en el recipiente
del reactor debe agitarse durante el proceso de tratamiento mediante
un agitador de paletas calentado internamente instalado en el
recipiente del reactor. El agitador ayuda a hacer girar y a mezclar
constantemente la mezcla de reacción, así como evitar la acumulación
del líquido cerca del fondo del recipiente. El agitador también
facilita la exposición uniforme de la mezcla de reacción a la
temperatura elevada, el vapor saturado de presión elevada y rompe
los trozos grandes del material residual en otros más pequeños.
Tras la finalización del ciclo de reacción, el
recipiente del reactor se despresuriza, preferiblemente en un tiempo
rápido de aproximadamente cinco minutos, mediante la apertura de una
válvula que conecta el recipiente del reactor a un condensador.
Durante la etapa de despresurización, la caída repentina inicial en
la presión intensifica la destrucción de los componentes celulares
que quedan en el producto de reacción. El vapor desnaturalizado pasa
a través de un condensador y se recoge como un condensado líquido
para garantizar que el vapor no se libere a la atmósfera. El vapor
por encima del líquido en el condensador puede tratarse para
eliminar los compuestos malolientes usando equipo de lavado
apropiado, tal como el comercialmente disponible de American Air
Filter y Durr Industries, Inc.
El producto de reacción desnaturalizado
resultante se deshidrata para formar un sólido que fluye libremente
que puede extraerse fácilmente del recipiente del reactor usando un
tornillo sin fin, por ejemplo. Tal producto también hace que el
manejo, el almacenamiento y el transporte sean más fáciles y menos
caros y proporciona al producto final un término de caducidad
aumentado. Mientras y después de que el reactor se esté
despresurizando durante un ciclo habitual de desde aproximadamente 2
horas hasta aproximadamente 4 horas, el recipiente del reactor y el
agitador se calientan para acelerar el secado y la deshidratación
del producto desnaturalizado dentro del recipiente del reactor.
También durante el ciclo de deshidratación, el vapor se evacua a
vacío hasta el condensador. El vacío también acelera el secado.
Cuando el contenido de humedad del producto resultante es de
aproximadamente el 10% o menos, el secado se considera completo.
Tras su recuperación del reactor, el producto
triturado desnaturalizado, deshidratado, se transporta a un área de
enfriamiento. El aire en el área de enfriamiento puede lavarse para
eliminar los compuestos malolientes. Equipo de lavado apropiado está
fácilmente disponible comercialmente, por ejemplo, de American Air
Filter y Durr Industries, Inc.
Mediante condiciones de tratamiento flexibles, la
invención proporciona una variedad de productos finales útiles. Por
ejemplo, ampliando el tiempo de reacción desde aproximadamente 30
minutos hasta aproximadamente 60 minutos cuando se tratan mezclas de
lodo de aguas residuales y residuos municipales celulósicos
triturados a aproximadamente 150 psi (10,55 kg/cm^{2}) y
aproximadamente 185ºC, puede lograrse la hidrólisis significativa de
la celulosa y la hemicelulosa en el residuo municipal. Los hidratos
de carbono de cadena corta y los azúcares reductores resultantes
aumentan el valor de los productos finales, ya que estas sustancias
mejoran la disponibilidad de los nutrientes y la digestibilidad de
las sustancias fibrosas y hacen que el olor del producto sea más
agradable. Además, el proceso adelanta la hidrólisis del material
fibroso.
Sin desear ceñirse a ninguna teoría, se cree que
el material orgánico residual infeccioso, cuando se mezcla con el
material fibroso orgánico triturado, da como resultado la formación
de una biopelícula delgada que contiene los microorganismos u otros
agentes patógenos procedentes del residuo infeccioso sobre las
partículas fibrosas trituradas. Se cree que la porosidad de las
partículas trituradas proporciona una acción de capilaridad mediante
la cual las fibras absorben el agua libre, los compuestos orgánicos
traza, los lípidos y los elementos traza del material residual
infeccioso y hacen que el proceso de desnaturalización sea más
eficiente. Los procesos físicos y químicos que se creen responsables
para estas reacciones se deben a la formación o a la ruptura de los
puentes de hidrógeno, a la formación de complejos y a la
quelación.
Además de generar productos desnaturalizados, la
invención elimina sustancialmente olores desagradables asociados con
la eliminación de material orgánico residual infeccioso tal como el
lodo de aguas residuales y los residuos animales. Sin desear ceñirse
a ninguna teoría, se cree que la eliminación de estos olores se debe
a una reducción de la cantidad de fuentes de producción de olor
generadas de las actividades microbianas, junto con la producción de
compuestos similares a los de los azúcares o la melaza que tienen un
olor más agradable. Se cree que estos compuestos que tienen un olor
agradable se forman debido a la hidrólisis de la celulosa, a la
producción de azúcares reductores y a la oxidación de compuestos
orgánicos. La eliminación de olores desagradables también está
ayudada por el lavado del vapor de los gases residuales que
contienen dióxido de carbono, metano y sulfuro volátil y compuestos
de amina. Por tanto, la invención elimina sustancialmente la emisión
de gases malolientes al medio ambiente.
Los materiales residuales infecciosos, cuando se
tratan según la invención son estériles e inactivados. Todos los
hongos, virus, bacterias (incluyendo las bacterias formadoras de
esporas) y otros patógenos se inactivan completamente y se
convierten en no viables y los priones se destruyen. Por tanto, se
reducen significativamente los riesgos para la salud de seres
humanos y animales y los problemas asociados con el manejo, el
almacenamiento o la reutilización de los materiales.
El tipo particular de equipo usado en la presente
invención no es crítico, siempre que el equipo pueda realizar las
operaciones indicadas sobre los materiales que han de tratarse. Por
tanto, por ejemplo, puede usarse cualquier tipo de dispositivo de
triturado para reducir los materiales que han de tratarse hasta
alcanzar los tamaños de partícula apropiados, tal como se trató
anteriormente. Además, el recipiente del reactor hiperbárico puede
ser de cualquier tamaño y forma adecuados, siempre que se mantengan
los intervalos de presión de vapor y la temperatura indicados. El
recipiente presurizado puede calentarse de cualquier manera
adecuada, incluyendo la conductancia eléctrica o el calentamiento
inductivo, el calor suministrado a partir de quemadores de
combustible fósil, camisa de vapor fijada externamente, y
similares.
El funcionamiento de la invención puede
automatizarse. Tal equipo automatizado incluiría varios orificios de
entrada y descarga controlados de manera automática o a distancia,
calentadores, transportadores, unidades de condensación, lavadores
de gas y todos los detectores y el equipo de control asociados,
todos los cuales se controlan preferiblemente por ordenador de una
manera similar a la usada con muchas otras operaciones industriales
automatizadas. Un programador de ordenadores experto podría
programar fácilmente un ordenador digital para monitorizar y
controlar sustancialmente todos los aspectos del sistema en la
presente invención, siempre que se faciliten al programador los
parámetros predeterminados apropiados del funcionamiento.
La invención se describirá ahora en detalle con
referencia a los siguientes ejemplos específicos, no limitativos. A
menos que se especifique lo contrario, todos los porcentajes son en
peso y todas las temperaturas son en centígrados.
En los ejemplo siguientes se empleó un recipiente
de reactor hiperbárico de acero inoxidable que tenía un volumen
interno de hasta diez metros cúbicos y capaz de soportar una presión
máxima de 250 psi (17,58 kg/cm^{2}). El recipiente incluye una
válvula de alimentación para recibir el material orgánico residual
infeccioso, tal como material residual animal, el material orgánico
fibroso, el agente oxidante y otros materiales de piensos. El
recipiente del reactor incluye un agitador de paletas calentado para
intensificar la mezcla y para proporcionar condiciones de presión y
temperatura uniformes para todo el volumen de la mezcla de reacción
durante el tiempo de tratamiento. El recipiente del reactor se
calentó con una camisa de vapor externa y también se proporcionó una
entrada para la inyección de vapor en el interior del recipiente. Se
proporciona una válvula de descarga en el recipiente del reactor
para descargar el producto desnaturalizado.
En un estudio piloto a escala, se pulverizaron
aproximadamente 135 kg de material orgánico fibroso en la forma de
residuo celulósico municipal, principalmente papel, revistas y
cartón, hasta alcanzar una dimensión máxima media de menos de
aproximadamente 8 mm usando un molino de martillos. El residuo
celulósico pulverizado se suministró al recipiente del reactor. El
residuo pulverizado tiene una capacidad de absorción de agua de
desde aproximadamente el 400% hasta aproximadamente el 600%. Se
añadieron aproximadamente 129 kg de lodo de aguas residuales
(aproximadamente un 3% en sólidos), aproximadamente 36 kg de residuo
vegetativo y alimenticio y aproximadamente 5,1 kg de
NH_{4}NO_{3} en el recipiente y se mezclaron con el residuo
fibroso municipal pulverizado para proporcionar una mezcla de
reacción. El tiempo de carga fue de aproximadamente 15 minutos.
Mientras que el nitrato de amonio se mezcló con el lodo antes de que
esa mezcla se transportara al interior del recipiente del reactor,
el agente de oxidación pudo añadirse después de que se añadieran el
lodo y los materiales fibrosos orgánicos al recipiente del reactor
y, en algunos casos, el agente oxidante puede eliminarse (por
ejemplo, para la producción de alimento para animales, no debe
añadirse nitrato de amonio). Tras cargar la mezcla de reacción, se
selló el recipiente del reactor. La mezcla de reacción en el
recipiente se agitó constantemente mediante un agitador de paletas
calentado internamente dentro del recipiente del reactor. La
agitación o mezclado continuó durante todo el proceso para
garantizar la completa dispersión y absorción del líquido y la
ausencia de cualquier acumulación de líquido en el fondo del
recipiente.
El recipiente del reactor cargado se calentó con
los serpentines de la camisa de vapor hasta 185ºC. Se inyectó
entonces vapor en el recipiente del reactor durante un periodo de
unos cuantos minutos para lograr una presión de 150 psi (10,55
kg/cm^{2}) y una temperatura de 185ºC dentro del recipiente. Estas
presiones y temperaturas se mantuvieron durante 30 minutos. Después,
el reactor se despresurizó durante un periodo de 5 minutos abriendo
una válvula de despresurización. El vapor que escapó del reactor
durante la despresurización se condensó para formar un concentrado
líquido desnaturalizado. El vapor residual en el condensador se hizo
pasar a través de un lavador medioambiental antes de liberarlo a la
atmósfera. El condensado se hizo volver a la cabecera o al depósito
de decantación principal del sistema de tratamiento de aguas
residuales que se usó ventajosamente, mediante la elevación de la
temperatura del agua residual y, por tanto, aumentando la actividad
microbiana en la balsa de sedimentación.
Tras la despresurización, el producto final
particulado desnaturalizado se deshidrató en el recipiente del
reactor calentado por los serpentines calentados por el vapor
externo y la paleta calentada hasta alcanzar un contenido de humedad
de aproximadamente el 10% en peso en el transcurso de
aproximadamente 4 horas. El material particulado desnaturalizado se
enfrió y se transportó desde el orificio de descarga del recipiente.
El procedimiento de descarga duró aproximadamente 20 minutos.
Para calcular el grado y la eficacia de la
esterilización que puede lograrse mediante la presente invención, se
realizaron adiciones conocidas a la mezcla con algunos patógenos
entéricos habituales. Estos incluyeron Escherichia coli,
Enterococcus faecalis, Aspergillus niger, virus de la Polio tipo 3,
Pseudomonas aeruginosa y Bacillus stearothermophilus. Tras la
adición, se encontró que el Recuento Heterótrofo en Placa (HPC) era
superior a 1,9 x 10^{9} ufc por 100 g en la mezcla no tratada de
lodo de aguas residuales, residuos municipales celulósicos
triturados y nitrato de amonio en proporciones similares a las del
ejemplo 1. La mezcla se trató entonces tal como se describió en
ejemplo 1 anterior. Los resultados tomados al final del ciclo de
tratamiento de 30 minutos se muestran en la tabla 1. Las pruebas se
llevaron a cabo siguiendo la norma reconocida "Diagnostic
Procedure for Viral, Rickettsial and Chlamydial Infections",
American Public Health Association - 5ª Edición, Eds. Edwin
Lennette y Nathalia Schmidt, American Public Health Association,
Washington, DC (1979).
* Recuento heterótrofo en
placa;
** Bacilos aerobios que portan
esporas;
*** con respecto a los resultados de HPC en las
muestras de condensado, el sitio de muestreo para la toma de
muestras del condensado fue un manguito de plástico fuera del
edificio y que estaba probablemente en contacto con la contaminación
externa, o tenía una acumulación de microorganismos en la bomba. Por
tanto, el lavado de 10 minutos puede haber sido insuficiente. Cuando
se toma este tipo de muestra para realizar las pruebas, el riesgo de
contaminación externa siempre es un problema. Puesto que no se
detectó otro tipo de contaminación en estas muestras, es decir,
coliformes, parecería que el procedimiento de toma de muestras puede
haber sido la causa del bajo recuento detectado en algunas de las
muestras de condensado, más que el tratamiento inadecuado por el
biorreactor.
Tal como se observa en los resultados de la tabla
1, las cantidades de los patógenos probados contenidos en el
producto final particulado tratado y el condensado líquido
estuvieron, o bien por debajo de los límites de detección para los
métodos empleados o sustancialmente reducidas en comparación con las
cantidades de tales patógenos para la mezcla no tratada. Esto
demuestra que la invención es sumamente eficaz para destruir los
patógenos probados.
Tal como se indicó anteriormente, la presente
invención eliminó eficazmente los olores desagradables asociados con
el lodo de aguas residuales y los materiales residuales orgánicos
sólidos triturados. La eliminación del olor se atribuye a la
disminución de las fuentes de la producción del olor por las
actividades microbianas. Además, el procedimiento produce compuestos
que tienen olores relativamente agradables, tales como los azúcares
o melazas producidos como resultado de la hidrólisis de la celulosa,
la producción de azúcares reductores y la oxidación de los
compuestos orgánicos. Un lavador medioambiental ayudó a eliminar o
reducir significativamente los niveles de dióxido de carbono, metano
y sulfuro volátiles y, posiblemente, los compuestos de amina en los
vapores.
El vapor residual presente en el espacio superior
del condensador se hizo pasar a través de un lavador medioambiental
antes de liberarse a la atmósfera. Los gases lavados contienen sólo
cantidades traza de metano y compuestos de sulfuro que estaban
ligeramente por encima del límite de detección y un bajo nivel de
CO_{2}, tal como se observa en la tabla 2 a continuación. En estos
bajos niveles, estos gases no presentan problemas para el
medioambiente.
| Componentes gaseosos en el espacio de cabeza del recipiente del reactor | ||||
| Lavado | CO_{2} (%) | Metano (ppm) | TSC* (ppm) | |
| Prueba 1 | Antes | 10,77 | 40 | 23,6 |
| Después | 2,48 | <30 | 1,2 | |
| Prueba 2 | Antes | 10,18 | 30 | 24,9 |
| Después | 1,95 | <30 | 5,3 | |
| Prueba 3 | Antes | 20,72 | 100 | 27,9 |
| Después | 4,01 | 25 | 0 | |
| Prueba 4 | Antes | 4,22 | 55 | 17,4 |
| Después | 0,72 | 6 | 4,2 | |
| Prueba 5 | Antes | 6,95 | 140 | 3,7 |
| Después | 0,68 | 15 | 0 | |
| * compuestos de sulfato totales |
Usando los mismos procedimientos que en el
ejemplo 1 y similares proporciones de materiales, pero sin la
adición de NH_{4}NO_{3}, los materiales residuales se
transformaron en un producto final útil. El producto final sólido
desnaturalizado es medioambientalmente seguro y tiene varios usos.
El producto tiene varios usos como aditivo del suelo y nutriente
para plantas. El producto final sólido, tal como se muestra en la
tabla 3, tiene niveles nutricionales que lo hacen muy útil para una
variedad de aplicaciones en agricultura. Este producto final
particular se preparó a partir de una mezcla de residuos
alimenticios, lodo de aguas residuales y residuos sólidos
municipales, incluyendo material orgánico fibroso triturado. Se
siguieron los procedimientos estándar para el trabajo analítico y el
análisis se llevó a cabo en laboratorios privados certificados. El
producto se produjo usando la instalación de la planta piloto.
| Algunos parámetros nutricionales del producto final | |
| Parámetros | Contenido |
| N total por Kjedahl (%) | 1,54 |
| N de nitrato (%) | 0,05 |
| Fosfato (P, %) | 0,07 |
| K (%) | 0,15 |
| S (%) | 0,07 |
| Ca (%) | 1,09 |
| Mg (%) | 0,05 |
| Cu (\mug/g) | 20,1 |
| Fe (\mug/g) | 4240 |
| Mn (\mug/g) | 63,4 |
| Zn (\mug/g) | 38,0 |
| B (\mu/g) | 4,22 |
Se colocaron aproximadamente 3,2 kg de canales de
pollo completas, 0,3 kg de guías telefónicas y cartón pulverizados y
1,5 kg de gránulos de harina de alfalfa deshidratada en un
recipiente de reactor de banco de pruebas sellado, similar al de la
instalación piloto, excepto porque el tamaño era más pequeño y
porque se combinaron la caldera y la cámara de reacción. El
recipiente se calentó externamente hasta una temperatura de 185ºC a
una presión de 150 psi (10,55 kg/cm^{2}) y la temperatura y la
presión se mantuvieron durante un periodo de 30 minutos, mientras
que los materiales de reacción se mantenían bajo agitación
constante.
El recipiente se despresurizó entonces como en el
ejemplo 1. El producto sólido resultante se deshidrató durante un
periodo de aproximadamente 2 horas para dar un producto sólido
desnaturalizado que tiene un contenido de humedad de menos del
10%.
El producto desnaturalizado tiene valor como
producto alimenticio para animales, tal como se refleja en los
valores nutricionales mostrados en la tabla 4.
| Valores nutricionales del producto del ejemplo 4 | |
| Parámetros | Contenido |
| Grasa (%) | 11,8 |
| Fibra cruda (%) | 21,6 |
| Nitrógeno (%) | 5,2 |
| Triptófano (g/kg) | 5,5 |
| Nitrógeno volátil total (%) | 0,2 |
| Potasio (K) (g/kg) | 14,4 |
| Fósforo (P) (%) | 0,4 |
| Calcio (Ca) (g/kg) | 17,2 |
| Magnesio (Mg) (g/kg) | 1,82 |
| Aminoácidos (%) | |
| \hskip0.5cm Alanina | 1,80 |
| \hskip0.5cm Arginina | 1,83 |
| \hskip0.5cm Ácido aspártico | 2,85 |
| Valores nutricionales del producto del ejemplo 4 | |
| Parámetros | Contenido |
| \hskip0.5cm Cristina | 0,13 |
| \hskip0.5cm Ácido glutámico | 3,24 |
| \hskip0.5cm Glicina | 1,80 |
| \hskip0.5cm Histidina | 0,81 |
| \hskip0.5cm Isoleucina | 4,43 |
| \hskip0.5cm Leucina | 2,10 |
| \hskip0.5cm Lisina | 5,01 |
| \hskip0.5cm Metionina | 0,38 |
| \hskip0.5cm Fenilalanina | 1,10 |
| \hskip0.5cm Prolina | 1,80 |
| \hskip0.5cm Serina | 1,09 |
| \hskip0.5cm Treonina | 1,07 |
| \hskip0.5cm Triptófano | 0,55 |
| \hskip0.5cm Tirosina | 0,75 |
| \hskip0.5cm Valina | 1,52 |
Estos valores nutricionales indican que el
producto puede usarse como producto alimenticio o complemento
alimenticio para aves de corral y/o ganado, ya que puede suministrar
a estos animales suficiente energía (grasas), aminoácidos y gran
cantidad de fibras de varias formas.
Usando la instalación de la planta piloto, la
presente invención se usó para tratar canales animales y residuos
orgánicos mezclados. En un ensayo habitual, los materiales de
entrada tienen las composiciones siguientes:
| papel residual pulverizado | 3 kg |
| cartón | 3 kg |
| huesos de costilla de cerdo | 8 kg |
| hierba cortada | 4 kg |
| canal de puercoespín | 4 kg |
| cráneos de oveja | 34 kg |
| órganos de oveja | 18 kg |
| residuos alimenticios de restaurante | 14 kg |
| tallos de alfalfa | 6 kg |
Estos materiales se colocaron en el recipiente
del reactor empleado en el ejemplo 1. El recipiente se selló
entonces y se calentó mediante vapor hasta una temperatura de 185ºC
a una presión de 150 psi (10,55 kg/cm^{2}). Estas condiciones se
mantuvieron durante un periodo de 30 minutos mientras se mantenían
los materiales en el recipiente en agitación constante. El
recipiente se despresurizó entonces como en el ejemplo 1. Se
encontró que los productos sólidos desnaturalizados resultantes
tenían excelentes propiedades para alimento y/o complemento de
animales.
La presente invención proporciona distintas
ventajas sobre los tratamientos de la técnica anterior de residuos
animales y residuos sólidos municipales y lodo de aguas residuales
desecadas. Todos los productos de reacción se desnaturalizaron
mediante vapor saturado a presión y temperatura elevadas. Los
agentes patógenos con enfermedades infecciosas se desnaturalizaron
eficazmente mediante la oxidación y la hidrólisis bajo diversas
condiciones de reacción.
Los olores desagradables se redujeron mediante el
método de la presente invención, encerrando el sistema y usando
dispositivos de control de olores. Los operarios no tienen
exposición directa a los materiales una vez que se han suministrado
al recipiente del reactor. Las fibras trituradas o pulverizadas
actúan como un absorbente para la retención del agua libre y actúan
como un absorbente para compuestos orgánicos, incluyendo sangre y
lípidos tales como grasa animal, que afectan adversamente a otros
sistemas del tratamiento, y metales traza.
\newpage
La materia particulada y condensada se
desnaturalizó hasta el grado en el que todos los hongos, bacterias
(incluyendo las bacterias formadoras de esporas), virus y otros
agentes patógenos se inactivaron completamente y se convirtieron en
no viales durante la desnaturalización. Por tanto, se redujeron
significativamente los riesgos para la salud humana y los problemas
asociados con el manejo, el almacenamiento o el reciclado de los
materiales que contienen patógenos.
Además de tratar el material orgánico residual
infeccioso principal mediante el reciclado y el tratamiento de los
materiales orgánicos fibrosos procedentes del residuo sólido
municipal, el volumen de los residuos sólidos municipales puede
reducirse significativamente. Se calcula que los residuos sólidos
municipales contienen al menos el 40% de materiales fibrosos
orgánicos reciclables y sustancias orgánicas degradables. Estos
pueden usarse o tratarse en la presente invención y ayuda a aliviar
la carga en los vertederos de basuras.
Se cree que el método de la presente invención
estimula la hidrólisis de materiales de celulosa y produce
sustancias de cadena corta que pueden digerirse más fácilmente por
los microorganismos. La hidrólisis se produce en el recipiente como
resultado del triturado del material orgánico fibroso en pequeños
trozos y sometiéndolo a presiones y temperaturas elevadas y
radicales activos. La presencia de oxidantes, tales como el nitrato
de amonio, acelera el proceso de hidrólisis y de oxidación. El
proceso está ayudado por la formación de protones y/o radicales
libres durante la disolución del oxidante, tal como el nitrato de
amonio.
El método de la presente invención proporciona un
significativo ahorro de tiempo y de espacio, en comparación con los
tratamientos de la técnica anterior. La totalidad del proceso de
tratamiento, desde el suministro de los materiales de partida al
recipiente del reactor, mediante e incluyendo las operaciones de
deshidratación y granulación, requiere aproximadamente 5 horas. Esto
significa que la totalidad del proceso puede realizarse en un turno
de trabajo. Puesto que el tiempo de tratamiento es corto, no se
requieren grandes áreas de terreno como en la técnica anterior (por
ejemplo, la conversión de abono) y los tiempos de tratamiento se
reducen desde semanas y meses, hasta unas cuantas horas. En general,
la presente invención proporciona un sistema muy seguro, eficiente y
efectivo para tratar material orgánico residual infeccioso.
Claims (21)
1. Un método para convertir material orgánico
residual infeccioso seleccionado del grupo que consiste en residuos
alimenticios, residuos del tratamiento de alimentos, canales de
animales, partes del cuerpo de animales, órganos animales, tejidos
animales y mezclas de los mismos, en un producto nutricional para
plantas o animales, desnaturalizado sólido, que comprende:
(a) triturar el material fibroso orgánico
absorbente procedente de un origen distinto al del material residual
orgánico infeccioso;
(b) mezclar el material fibroso orgánico
absorbente con material orgánico residual infeccioso para formar una
mezcla de reacción;
(c) calentar la mezcla de reacción en un
recipiente de un reactor hiperbárico a una temperatura elevada y a
una presión superior a la atmosférica durante un tiempo suficiente
para crear vapor saturado, para hidrolizar el material fibroso
orgánico absorbente y para convertir la mezcla de reacción en un
producto nutricional para plantas o animales, sustancialmente
desnaturalizado que contiene agentes patógenos inactivados;
(d) liberar el vapor del recipiente del reactor
hiperbárico a un condensador;
(e) deshidratar el producto nutricional para
plantas o animales, desnaturalizado, en el recipiente del reactor
hiperbárico para producir un producto nutricional para plantas o
animales, desnaturalizado, sólido, que fluye libremente; y
(f) descargar el producto nutricional para
plantas o animales, desnaturalizado, sólido, que fluye libremente,
deshidratado, del recipiente del reactor hiperbárico.
2. Método de la reivindicación 1, en el que el
material fibroso orgánico absorbente se selecciona del grupo que
consiste en material que contiene celulosa y material que contiene
lignina que no sobrepase aproximadamente el 40% en peso de contenido
de humedad.
3. Método de la reivindicación 2, en el que el
material fibroso orgánico absorbente se selecciona del grupo que
consiste en periódicos, cartón, materiales de envasado celulósicos,
paja, heno, musgo y mezclas de los mismos.
4. Método de la reivindicación 1, en el que el
material fibroso orgánico absorbente está presente en la mezcla de
reacción en una cantidad suficiente para proporcionar una razón en
peso de material fibroso orgánico absorbente con respecto al
material orgánico residual infeccioso de desde aproximadamente 1:4
hasta aproximadamente 4:1.
5. Método de la reivindicación 4, en el que la
razón en peso es de desde aproximadamente 1:3 hasta aproximadamente
3:1.
6. Método de la reivindicación 1 que comprende
además mezclar un agente oxidante con la mezcla de reacción.
7. Método de la reivindicación 6, en el que el
agente oxidante es un agente oxidante que contiene valor
nutricional.
8. Método de la reivindicación 7, en el que el
agente oxidante contiene un anión seleccionado del grupo que
consiste en un nitrato, un sulfato, un fosfato y mezclas de los
mismos.
9. Método de la reivindicación 6, en el que el
agente oxidante es nitrato de amonio y el producto nutricional
desnaturalizado sólido que fluye libremente es un nutriente para
plantas.
10. Método de la reivindicación 9, en el que el
nitrato de amonio y el material orgánico residual infeccioso están
presentes en la mezcla de reacción en una razón en peso de nitrato
de amonio con respecto al material orgánico residual infeccioso de
desde aproximadamente 1:30 hasta aproximadamente 1:10.
11. Método de la reivindicación 1, en el que la
elevada temperatura de la etapa (c) es de desde aproximadamente
180ºC hasta aproximadamente 200ºC, y la presión superior a la
atmosférica es de desde aproximadamente 140 psi (9,85 kg/cm^{2})
hasta aproximadamente 200 psi (14,06 kg/cm^{2}).
12. Método de la reivindicación 11, en el que la
mezcla de reacción se mantiene en la temperatura elevada y la
presión superior a la atmosférica durante desde aproximadamente 20
minutos hasta aproximadamente 40 minutos.
13. Método de la reivindicación 11, en el que la
temperatura elevada es de aproximadamente 185ºC y la presión
superior a la atmosférica es de aproximadamente 150 psi (10,55
kg/cm^{2}).
14. Método de la reivindicación 13, en el que la
mezcla de reacción se mantiene en la temperatura elevada y la
presión superior a la atmosférica durante aproximadamente 30
minutos.
15. Método de la reivindicación 1 que comprende
además agitar la mezcla de reacción durante las etapas (b), (c) y
(e).
16. Método de la reivindicación 1, en el que la
etapa (e) comprende deshidratar el producto desnaturalizado hasta
alcanzar un contenido de humedad no superior a aproximadamente el
10% en peso.
17. Método de la reivindicación 1, en el que la
etapa (c) comprende además inyectar inicialmente vapor en el
recipiente del reactor.
18. Método de la reivindicación 1, en el que el
material orgánico residual infeccioso es una mezcla que tiene un
contenido de agua predeterminado y el método comprende además una
etapa inicial antes de la etapa (a) de desecación del material
orgánico residual infeccioso para reducir el contenido de agua
predeterminado hasta menos del 90% en peso.
19. Método de la reivindicación 1 que comprende
además lavar el vapor para eliminar los compuestos malolientes del
vapor.
20. Método de la reivindicación 1, en el que el
material orgánico residual infeccioso se selecciona del grupo que
consiste en canales de animales, partes del cuerpo de animales,
órganos animales, tejidos animales y mezclas de los mismos,
comprendiendo además el método mezclar un agente oxidante con el
material orgánico residual infeccioso para la producción de
fertilizante.
21. Método de la reivindicación 20, en el que el
agente oxidante es nitrato de amonio y en el que el nitrato de
amonio y el material orgánico residual infeccioso están presentes en
la mezcla de reacción en una razón en peso de desde aproximadamente
1:30 hasta aproximadamente 1:10.
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