WO2017033138A1 - Proceso para aprovechar residuos sólidos domiciliarios y convertirlos en materia prima alimenticia - Google Patents
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Definitions
- the general field of the invention is the processing of organic material in order to allow its reuse. More particularly, it relates to the processing of household solid waste in order to produce food raw material to produce concentrate.
- RSDs household solid waste
- RSDs typically has an organic fraction that approximates 70%.
- RSDs include plant and animal waste produced in homes, restaurants and market places, and include, for example, unprocessed food waste such as: potato, cassava, banana, tomato, onion, paprika, fruit and egg shells , as well as leftover prepared food, such as rice, bones, chicken, fish and meat.
- RSDs typically have an approximate humidity of 78% and a protein level of 16-18%.
- the present invention discloses a process and machine that allows to process household solid waste (RSDs) and convert them in a safe and efficient way into food raw material.
- the invention takes advantage of the presence of animal and organic matter already present in the RSDs to obtain a food material rich in protein, reducing or eliminating the need to add additional protein material to the material during the process.
- the material obtained through the process serves as a raw material to produce, among other things, animal feed concentrate.
- the inventive process includes the following stages: (i) removal of inorganic material from RSDs; (ii) chopped; (iii) moisture extraction by heat and compression and (iv) final drying.
- the food raw material thus obtained can be subsequently processed and suitable for obtaining food concentrate.
- FIG. 1 A schematic diagram of the steps of the inventive process is illustrated.
- FIG. 2 An embodiment of the pressure and heat moisture extractor used during the inventive process is illustrated.
- the invention is a process and machine for carrying out a process that allows the correct use of household solid waste (RSDs) that today constitutes a worldwide problem because they are an important source of contamination.
- RSDs household solid waste
- RSDs are plant and animal waste produced in homes, restaurants and market places, and include, by way of illustration, unprocessed food waste such as: potato peels, cassava, banana, tomato, onion , paprika, fruits and eggshells, as well as leftover prepared food, such as rice, bones, chicken, fish and meat.
- RSDs are essentially the organic material that would discard any of these sources and would be collected by a municipal waste service for further processing.
- the inventive process has 4 stages.
- step 100 the inorganic material is removed from the RSDs.
- step 200 the material resulting from the step 100 is chopped, in order to facilitate the treatment of the material in later stages.
- step 300 a first moisture extraction of the material is carried out prior to final drying.
- step 400 a final drying is carried out in order to achieve optimum humidity and the elimination of pathogens, while trying to reduce the thermal impact on the nutrients in the processed material.
- the food raw material obtained can be treated and suitable by known methods to produce animal feed concentrate.
- Stage 100 Removal of inorganic material from RSDs.
- elements such as plastics, cardboard and glass are removed.
- two electromagnets are located to capture and remove ferrous and non-ferrous materials and thus allow only organic material to enter the process.
- Stage 200 - Chopping using a chopper that uses horizontal blades, the material is divided into portions between 2.5 and 3.5 centimeters (distance from the maximum axis) so that they are more efficiently treated. This stage is performed to facilitate the following process in terms of energy consumption and temperature exposure time.
- Stage 300 - First extraction of moisture by compression and heat Referring to FIG. 2, by means of a conveyor belt (not illustrated), the chopped material 330 with an approximate humidity of 78% enters the pre-drying system 301 consisting of an auger screw 310 of helical propeller 305, inside a heating jacket 340 by means of steam produced by a boiler 315.
- the rotational movement of the screw is carried out by means of an electrically driven drive system, which is executed with a gearmotor 325 which in turn is moved by an electric motor 320.
- screw 310 compresses and drags the material at a speed of 50 rpm, exerting a pressure of between 3 and 5 bar, at a temperature of approximately 80 ° C.
- the screw 310 is made of carbon steel with a diameter of 1.5 cm smaller than that of the jacket 340, to avoid rubbing with the walls of the same when the screw 310 rotates. Due to the characteristics of the material, it is preferable that the propeller 305 is of small pitch, inclined 30% and having a distance between propellers of 18 cm, in order to extract more moisture.
- Jacket 340 is hermetic due to sanitary needs, and is made of stainless steel because the material is highly abrasive.
- the moisture extraction is carried out through the lower part of the system 301 by means of a cuvette for the collection of liquids (not illustrated), whose outlet is tightly connected to a container, being possible the existence of several discharge points , to a treatment tank (not shown).
- the pre-dried material 360 is discharged onto a conveyor belt 350 that transports it to the next stage.
- Stage 400 - Final drying by means of the conveyor belt 350, the organic material is deposited in a feed hopper and enters a fluidized bed dehydrating equipment, where the material is sanitized and dehydrated.
- the fluidized bed dehydrator that was used was one similar to an industrial equipment with the reference DS-2 Sandherz (see http://www.sandherz.com/producto/desimplador-de- fluidized bed /). This equipment has the ability to dry the product in a reduced period of time that combines two simultaneous processes: grind and dehydrate the material.
- the material enters this stage with an approximate humidity of 38%, and is received by vanes that continue grinding the material, decreasing the size to a diameter of between 2 and 4 mm.
- the material is exposed to a stream of air at high temperature and low pressure, generated by an exhaust fan located on a cyclone.
- the hot air makes contact with the material inside an agitator, with a fluidized bed depth of 20 cm, whose function is to keep the material in suspension while being subjected to the effect of the hot air stream.
- the hot air has a temperature between 120 and 140 ° C, the exposure time is between 10 to 25 seconds, the approximate air speed is 2.2 m / s, with a pressure of 7.5 kg / cm.
- the dehydrator allows the flour and fiber to be separated from the material.
- the process removes approximately 26% moisture and pollutants. It is sought that the final humidity is between 10 and 12%, and at the same time prevent the protein from becoming too denatured, that the amino acids are better digestible and that the nutrients contain higher nutritional values. Normally the food raw material obtained has a weight of between 20 and 30% of the equivalent weight of the RSD necessary to produce it.
- additional steps can be carried out to convert the food raw material resulting from the inventive process into a food concentrate.
- a mixing and homogenization process can be applied.
- the person versed in the art knows what percentages of elements must be added to formulate a concentrate according to the need of production that is had, either for initiation, lifting or priming of animal species .
- the concentrate can also be pelletized according to the characteristics that the final product must meet and according to the different techniques widely known in the state of the art.
- Tests were conducted in a city in Colombia at an ambient temperature of 31 degrees Celsius. RSD from banana, cassava, tomato, cob, flowers, paprika, potato, bean, orange, papaya, banana, guava, meat material (including chicken, meat and fish residues) was used, characterized as follows:
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Abstract
El campo general de la invención es el procesamiento de material orgánico con el fin de permitir su reutilización. De manera más particular, se relaciona con un procedimiento para procesar y aprovechar residuos sólidos domiciliarios (RSDs) para obtener una materia prima alimenticia, caracterizado por tener las siguientes etapas: retiro de material inorgánico de los RSDs; troceado del material obtenido en la etapa previa; extracción de humedad por calor y compresión del material obtenido en la etapa previa; y, secado final del material obtenido en la etapa previa para obtener la materia prima alimenticia.
Description
TÍTULO DEL INVENTO
PROCESO PARA APROVECHAR RESIDUOS SÓLIDOS DOMICILIARIOS Y CONVERTIRLOS EN MATERIA PRIMA ALIMENTICIA CAMPO DEL INVENTO
El campo general de la invención es el procesamiento de material orgánico con el fin de permitir su reutilización. De manera más particular, se relaciona con el procesamiento de residuos sólidos domiciliarios con el fin de producir materia prima alimenticia para producir concentrado.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El inadecuado manejo de los residuos sólidos orgánicos ha generado un impacto negativo, no solo desde el punto de vista ambiental, sino también, desde la óptica de la salud pública, por sus efectos nocivos sobre la calidad de vida de las comunidades. Un tipo de residuo orgánico, los residuos sólidos domiciliarios (RSDs), típicamente tienen una fracción orgánica que se aproxima al 70%. Los RSDs incluyen los residuos vegetales y animales producidos en los hogares, restaurantes y plazas de mercado, y comprenden por ejemplo los residuos de comida sin preparar como: cascaras de papa, yuca, plátano, tomate, cebolla, pimentón, frutas y cascaras de huevo, al igual que sobrantes de comida preparada, como arroz, huesos, pollo, pescado y carne. Los RSD típicamente tienen una humedad aproximada de un 78% y un nivel proteínico de 16- 18%.
El estado de la técnica revela distintos procesos para procesar los RSDs, incluyendo el compostaje, la incineración y el uso de vertederos o rellenos sanitarios. Aun cuando son útiles estos procesos, tienen conocidas limitaciones desde el punto de vista de costo- beneficio, medioambiente y la salud pública.
Existen igualmente procesos que pretenden procesar residuos orgánicos producto de procesos agroindustriales (no RSDs) de tal manera que se logra una materia prima alimenticia que permite aprovechar los nutrientes presentes en los residuos. Un ejemplo de tal proceso está divulgado en el documento WO/ 1994/000023, el cual ilustra un proceso para convertir residuos sólidos provenientes de vegetales, frutas y jardín, en concentrado para alimento animal. Con el fin de introducir un nivel proteínico adecuado para el producto final, se enseña la adición de desecho de pescado al residuo orgánico previo a su procesamiento. El proceso divulgado contempla un proceso de troceado, compresión y secado por calentamiento, todo para llegar a un concentrado alimenticio.
No obstante lo anterior, existe una continua necesidad para procesos que específicamente permitan procesar RSDs y convertirlos en materia reutilizable, específicamente en materia prima alimenticia.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención divulga un proceso y máquina que permite procesar residuos sólidos domiciliarios (RSDs) y convertirlos de manera segura y eficiente en materia prima alimenticia. La invención aprovecha la presencia de materia animal y orgánica ya presente en los RSDs para obtener un material alimenticio rico en proteína, reduciendo o eliminando la necesidad de añadir material proteínico adicional al material durante el proceso. El material obtenido mediante el proceso sirve como materia prima para producir, entre otras cosas, concentrado alimenticio para animales.
El proceso inventivo contempla las siguientes etapas: (i) retiro de material inorgánico de los RSDs; (ii) troceado; (iii) extracción de humedad por calor y compresión y (iv) secado final. La materia prima alimenticia así obtenida puede ser posteriormente procesada y adecuada para obtener concentrado alimenticio.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS FIG. 1 : Se ilustra un diagrama esquemático de las etapas del proceso inventivo.
FIG. 2: Se ilustra una modalidad del extractor de humedad por presión y calor usado durante el proceso inventivo.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCION
La invención es un proceso y máquina para llevar a cabo un proceso que permite llevar a cabo un correcto aprovechamiento de los residuos sólidos domiciliarios (RSDs) que hoy constituyen una problemática mundial por ser éstos una fuente de contaminación importante.
Para efectos de la presente solicitud, RSDs son los residuos vegetales y animales producidos en hogares, restaurantes y plazas de mercado, y comprenden, a título ilustrativo, los residuos de comida sin preparar como: cascaras de papa, yuca, plátano, tomate, cebolla, pimentón, frutas y cascaras de huevo, al igual que sobrantes de comida preparada, como arroz, huesos, pollo, pescado y carne. Los RSDs en esencia son el material orgánico que desecharía cualquiera de estas fuentes y sería recolectado por un servicio municipal de basuras para su posterior procesamiento.
Con el fin de ilustrar el proceso inventivo, se hace a continuación una descripción de una modalidad preferida señalando las etapas del mismo:
Haciendo referencia a la FIG. 1, el proceso inventivo tiene 4 etapas. En la etapa 100 se retira el material inorgánico de los RSDs. En la etapa 200 se trocea el material resultante de la etapa 100, con el fin de facilitar el tratamiento del material en etapas posteriores. En la etapa 300 se lleva a cabo una primera extracción de humedad del material previo al secado final. Finalmente, en la etapa 400 se lleva a cabo un secado final con el fin de lograr una humedad óptima y la eliminación de patógenos, intentando a la vez reducir el impacto térmico sobre los nutrientes en el material procesado. Posterior al proceso inventivo, la materia prima alimenticia obtenida puede ser tratado y
adecuado mediante procedimientos conocidos para producir concentrado alimenticio para animales.
A continuación una descripción más detallada de una modalidad del proceso inventivo:
Etapa 100 - Retiro de material inorgánico de los RSDs. Sobre una banda transportadora con velocidad variable, de entre 0,5 a 1.5 m/segundo, y mediante una selección visual , se retiran elementos como plásticos, cartón y vidrios. Al final de esta banda transportadora se ubican dos electroimanes para capturar y retirar los materiales ferrosos y no ferrosos y así permitir que al proceso solo ingrese el material orgánico.
Etapa 200 - Troceado: mediante una troceadora que utiliza unas cuchillas horizontales, se fracciona el material en porciones de entre 2,5 y 3,5 centímetros (distancia del eje máximo) para que sean más eficientemente tratados. Esta etapa se realiza para facilitar el siguiente proceso en cuanto a consumo de energía y tiempo de exposición a temperatura.
Etapa 300 - Primera extracción de humedad por compresión y calor: Haciendo referencia a la FIG. 2, mediante una banda transportadora (no ilustrada), ingresa el material troceado 330 con una humedad aproximada del 78 % al sistema de presecado 301 que consiste de un tornillo sinfín 310 de hélice helicoidal 305, dentro de una chaqueta de calentamiento 340 por medio de vapor producido por una caldera 315. El movimiento de giro del tornillo se realiza por medio de un sistema motriz, de accionamiento eléctrico, que se ejecuta con un motorreductor 325 que a su vez es movido por un motor eléctrico 320. Junto con la chaqueta 340, el tornillo sinfín 310 comprime y arrastra el material a una velocidad de 50 rpm, ejerciendo una presión de entre 3 y 5 bar, a una temperatura de aproximadamente 80°C. Esta etapa se caracteriza por la disminución de la humedad del material, produciéndose así el desplazamiento de la humedad principalmente por arrastre para extraer hasta un 40% de agua. El tornillo 310 está fabricado en acero al carbón con un diámetro de 1,5 cm inferior al de la chaqueta 340, para evitar el roce con las paredes de la misma cuando el tornillo 310 gire. Por las características del material, es preferible que la hélice 305 sea de pequeño paso, inclinada un 30% y teniendo una distancia entre hélices de 18 cm, para así lograr extraer más porcentaje de humedad.
La chaqueta 340 es hermética por necesidades sanitarias, y está construida en acero inoxidable porque el material es altamente abrasivo.
La extracción de la humedad se realiza por la parte inferior del sistema 301 por medio de una cubeta para la recolección de los líquidos (no ilustrada), cuya salida está unida de forma hermética a un recipiente, siendo posible la existencia de varios puntos de descarga, a un tanque de tratamiento (no ilustrado). El material presecado 360 se descarga sobre una banda transportadora 350 que lo transporta a la siguiente etapa.
Etapa 400 - Secado final: mediante la banda transportadora 350, se deposita el material orgánico en una tolva de alimentación e ingresa a un equipo deshidratador por lecho fluidizado, en donde se termina de higienizar y deshidratar el material. El deshidratador de lecho fluidizado que se empleó fue uno similar a un equipo industrial con la referencia DS-2 Sandherz (ver http://www.sandherz.com/producto/deshidratador-de- lecho-fluidizado/). Este equipo tiene la capacidad de secar el producto en un reducido
periodo de tiempo que combina dos procesos simultáneos: moler y deshidratar el material. El material entra a esta etapa con una humedad aproximada del 38%, y es recibido por unas paletas que continúan moliendo el material, disminuyendo el tamaño hasta un diámetro de entre 2 y 4 mm. Luego, el material es expuesto a una corriente de aire a alta temperatura y baja presión, generada por un ventilador extractor localizado sobre un ciclón. El aire caliente hace contacto con el material dentro de un agitador, con una profundidad del lecho fluidificado de 20 cm, cuya función es la de mantener al material en suspensión mientras que se le sujeta al efecto de la corriente de aire caliente. El aire caliente tiene una temperatura entre 120 y 140°C, el tiempo de exposición es de entre 10 a 25 segundos, la velocidad aproximada del aire es de 2,2 m/s, con una presión de 7,5 kg/cm . Finalmente, por selección de gravedad, el deshidratador permite separar la harina y la fibra del material.
En esta etapa del proceso de retira aproximadamente un 26% de humedad y agentes contaminantes. Se busca que la humedad final sea de entre 10 y 12%, y a la vez evitar que se desnaturalice demasiado la proteína, que los aminoácidos sean de mejor digestibilidad y que los nutrientes contengan mayores valores nutritivos. Normalmente la materia prima alimenticia obtenida tiene un peso de entre 20 y 30% del peso equivalente del RSD necesario para producirlo.
Posterior al proceso se pueden llevar a cabo etapas adicionales para convertir la materia prima alimenticia resultante del proceso inventivo en concentrado alimenticio. Por ejemplo, se puede aplicar un proceso de mezclado y homogenizado. De acuerdo al resultado de un análisis bromatológico, la persona versada en el arte conoce qué porcentajes de elementos se le debe adicionar para formular un concentrado de acuerdo a la necesidad de producción que se tenga, ya sea para iniciación, levante o ceba de especies animales. Posteriormente también se puede peletizar el concentrado de acuerdo a las características que deba cumplir el producto final y según las diferentes técnicas ampliamente conocidas en el estado de la técnica.
EJEMPLO 1
Se realizaron pruebas en una ciudad de Colombia a una temperatura ambiente de 31 grados centígrados. Se utilizó RSD proveniente con presencia de plátano, yuca, tomate, mazorca, flores, pimentón, papa, habichuela, naranja, papaya, banano, guayaba, material cárnico (incluyendo residuos de pollo, carne y pescado), caracterizado de la siguiente manera:
Característica Cifra
Humedad 78%
Cenizas 4,04
Nitrógeno 2,6
Carbono 37,2
Proteína 8,6
Grasa 3,2
Carbohidratos 7,3
Fósforo 2,5
Potasio 1,0
Sodio 2,7
Calcio 7,0
PH 6,5
Aplicado el proceso anteriormente descrito, se obtuvo una materia prima alimenticia con la siguiente caracterización:
Proteína 9,8
Humedad 12%
Grasa 2,3
Fibra 14,1
Cenizas 12,6 La anterior modalidad y ejemplo constituyen una descripción particular que permite a una persona medianamente versada en la técnica reproducir el invento. Sin embargo, es evidente que la persona medianamente versada en la técnica puede realizar variaciones sin apartarse del concepto esencial del invento, el cual se define al tenor de las siguientes reivindicaciones:
Claims
1. Un procedimiento para procesar y aprovechar residuos sólidos domiciliarios (RSDs) para obtener una materia prima alimenticia, caracterizado por tener las siguientes etapas:
retiro de material inorgánico de los RSDs;
troceado del material obtenido en la etapa previa;
extracción de humedad por calor y compresión del material obtenido en la etapa previa; y,
secado final del material obtenido en la etapa previa para obtener la materia prima alimenticia.
2. El procedimiento de la reivindicación 1 , donde los RSDs están caracterizados por tener una humedad de entre 70-90% de humedad y un nivel proteínico del 7% al 20%.
3. El procedimiento de la reivindicación 1, donde los RSDs están caracterizados por contener material cárnico.
4. El procedimiento de la reivindicación 3, donde el material cárnico incluye restos seleccionados del grupo de pollo, carne, pescado y huesos.
5. El procedimiento de la reivindicación 1, donde la etapa de extracción de humedad por calor y compresión se lleva a cabo usando un sistema de presecado que consiste de un tornillo sin fin de hélice helicoidal con chaqueta de calentamiento.
6. El procedimiento de la reivindicación 1, donde el secado final del material se lleva a cabo usando un deshidratador de lecho fluidizado.
7. El procedimiento de la reivindicación 6, donde el material se somete a una corriente de aire a una temperatura de entre 120 y 140°C.
8. El procedimiento de la reivindicación 7, donde el material procesado se somete a la corriente de aire por un tiempo de entre 10 a 25 segundos a una velocidad de entre 1,8 y 2,5 m/s.
9. El procedimiento de la reivindicación 1, donde la materia prima alimenticia obtenida tiene un peso de entre 20 y 30% del peso equivalente del RSD necesario para producirlo.
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