Ken C Calvert http://www.coffee.20m.com/
Jan C von Enden http://www.venden.de/
janeiro de 2003
O processo da Renertech para produzir biogás a partir de águas residuais de café foi originalmente desenvolvido em Papua Nova Guiné, enquanto o autor era o principal cientista de pesquisa para processamento de café no PNG CIC Coffee Research Institute. Agora está em desenvolvimento no Vietnã, na fábrica de café Khe Sanh na província de Quang Tri. O projeto é financiado pela German Aid. Além do café, o processo é bom para lidar com grandes volumes de águas residuais contendo níveis médios de matéria orgânica que podem ser fermentados até ácidos orgânicos e processados em temperatura ambiente
Em questão de horas, em vez de dias.
A indústria cafeeira, em geral, não se destaca pelo cuidado com o meio ambiente.
Nossa palavra-chave é gerada, 'CLEMEG': Clean, Lean, Mean & Green.
A filosofia subjacente ao desenvolvimento deste sistema integrado foi usar apenas substâncias disponíveis naturalmente e usá-las da maneira mais econômica para permitir seu uso em áreas subdesenvolvidas remotas com um mínimo de infraestrutura e abastecimento...
A base do processo foi a descoberta de que, partindo do tradicional processo UASB de dois estágios, um novo segundo estágio poderia ser inserido, por meio do qual um excedente de calcário bruto moído ou lascas de mármore poderia ser usado para tamponar automaticamente uma solução SCVFA, (curto cadeia volátil ácido graxo), em grande parte acetato, em pH 6,1. Ao mesmo tempo, durante um período de mais de cinco anos, uma mistura de bactérias metanogênicas psicrofílicas foi isolada de solos de café, às quais foram adicionados os conteúdos intestinais de muitas espécies de peixes, répteis e insetos de sangue frio. Como resultado de técnicas de enriquecimento prolongadas, agora temos uma cepa séptica de anaeróbios que gaseiam livremente apenas em águas residuais de café com baixo pH e em temperatura ambiente. Esse lodo anaeróbico agora constitui um recurso valioso para a indústria cafeeira global. É intenção dos descobridores não patentear esse processo de forma alguma e divulgar livremente quaisquer novos desenvolvimentos que surjam, para que a indústria cafeeira do terceiro mundo possa se beneficiar. No entanto, para as empresas e instituições que desejam encurtar o período de desenvolvimento de 5 anos, o fornecimento de Lodo Renertech pode ser disponibilizado mediante um contrato de licenciamento.
O uso de lascas de calcário como neutralizador de ácido para um processo UASB de três estágios também oferece o potencial de redução de dióxido de carbono no gás de saída, retirando metade do CO2 no estágio de fermentação. A reação tradicionalmente entendida para a produção de biogás parte do ácido acético e produz quantidades iguais de metano e dióxido de carbono.
No entanto, neutralizar o ácido primeiro com calcário bruto produz uma molécula de dióxido de carbono no primeiro estágio, que pode ser eliminada antes que o efluente entre no digestor de biogás.
Então, reagindo apenas os íons acetato, produz apenas uma molécula de dióxido de carbono livre contra duas de metano. Isso resulta em um biogás bruto com um nível de energia muito mais alto. Embora isso seja de pouco ganho para qualquer um que pretenda um gás natural despojado, para operações de nível 'Village' ou 'Institucional' de baixo custo com biogás puro 'per se', esta é uma vantagem considerável.
No entanto, como os produtos de solubilidade de outros sais de cálcio, principalmente fosfatos e um complexo de cálcio/magnésio chamado 'Estruvita', são muito menores em várias ordens de grandeza, a reação de carbonato acima nunca recebe íons de cálcio suficientes para permitir que ela vá para conclusão. O que pode ser dito, no entanto, é que a prontidão dos altos níveis de íons de cálcio na reação para precipitar de uma forma ou de outra estimula a formação de grânulos relativamente pesados que permitem uma taxa muito mais rápida de fluxo de efluentes através do digestor sem perder material ativo. Isso nos encorajaria a promover o processo EGSB sobre o UASB, mas os testes formais ainda não foram realizados. O resultado prático, no entanto, é que o biogás que sai de um digestor 'Renertech Process', é muito mais rico em metano do que uma reação UASB típica. Isso permitiu que ele fosse alimentado diretamente em um motor diesel bicombustível sem a necessidade de remover primeiro o dióxido de carbono restante. O gás úmido é simplesmente passado por um leito de ferro metálico, ou seja, um tambor cheio de latas enferrujadas amassadas, para remover os sulfetos e reduzir os níveis de umidade. Este processo de sulfeto de ferro é completamente auto-regenerativo e muito simples. Uma vez que um digestor está trabalhando em uma nova área, a alta produção de material de semente de lodo granular, devido ao processo de precipitação de estruvita, torna a partida de outros digestores apenas uma questão de dias, em vez de semanas ou meses. O gás úmido é simplesmente passado por um leito de ferro metálico, ou seja, um tambor cheio de latas enferrujadas amassadas, para remover os sulfetos e reduzir os níveis de umidade. Este processo de sulfeto de ferro é completamente auto-regenerativo e muito simples. Uma vez que um digestor está trabalhando em uma nova área, a alta produção de material de semente de lodo granular, devido ao processo de precipitação de estruvita, torna a partida de outros digestores apenas uma questão de dias, em vez de semanas ou meses. O gás úmido é simplesmente passado por um leito de ferro metálico, ou seja, um tambor cheio de latas enferrujadas amassadas, para remover os sulfetos e reduzir os níveis de umidade. Este processo de sulfeto de ferro é completamente auto-regenerativo e muito simples. Uma vez que um digestor está trabalhando em uma nova área, a alta produção de material de semente de lodo granular, devido ao processo de precipitação de estruvita, torna a partida de outros digestores apenas uma questão de dias, em vez de semanas ou meses.
Para obter um retorno de processo de 6 a 8 horas de águas residuais na indústria do café, é necessário concentrar as águas residuais de processamento por meio de reciclagem intensiva. A cada seis a oito horas, um novo tanque ou silo deve ser usado para armazenar a polpa (grãos recém-despolpados) e um novo lote de água é usado para reiniciar o processo. Nas próximas seis horas, essa água, mais toda a água de reposição necessária, é drenada pelo fundo do tanque de polpação e reciclada de volta para as máquinas e os níveis de açúcares e enzimas podem se acumular até o ponto em que a água é fortemente colorido e quase como uma sopa.
Isso significa que toda a polpa, principalmente a do fundo do tanque, recebeu a mesma dose de enzimas pectolíticas concentradas a uma temperatura vários graus acima da ambiente, causada pelo sistema de reuso de água. Qualquer hora antes da meia-noite o silo foi desligado, a fermentação estará completa e estará pronto para ser totalmente lavado na manhã seguinte. Para as fábricas que estão executando um processo do tipo semi-lavado 'sul-americano', haverá um aumento muito significativo na qualidade porque esse processo fornece uma saída 'totalmente lavada'.
O processo geral inclui uma limpeza ambientalmente correta das águas residuais úmidas da fábrica. A fábrica de Khe Sanh começou com um sistema de consumo de água muito alto usando um par de despolpadores e desmuciladores Pinhalense DC3/6 em um processo semi-lavado.
Esta planta foi convertida em um processo totalmente lavado, reciclando a água de abastecimento da fábrica, bombeando o café desmucilado para um silo de aço inoxidável e permitindo que a água de lavagem e despolpamento escorra pelo silo por até seis horas de despolpamento.
A água dos desmuciladores foi descarregada diretamente para o primeiro estágio do fermentador ou reservatório de ácido. A cada seis horas a água de despolpamento era trocada e o café bombeado para um silo alternativo. O primeiro silo foi novamente lavado com água que foi usada para iniciar o próximo turno de despolpamento, o café foi então deixado de molho em água limpa. A água de reuso descartada, das seis horas anteriores, também foi
enviado para a lagoa ácida, um tanque de concreto longo e estreito de aproximadamente 200 metros cúbicos, dimensionado para armazenar cerca de um dia de vazão de água de lavagem fortemente reciclada e mucilagem da polpação de mais de 100 toneladas de cereja. Quando cada silo cheio de café recebia uma nova lavagem na manhã seguinte, 8 a 10 horas após a polpação, apenas o pergaminho muito limpo, completamente fermentado e lavado era descarregado.
Além do acúmulo de açúcares e enzimas pectolíticas na água de lavagem de reciclagem, houve também um aumento significativo da temperatura.
No momento em que a água suja flui por toda a extensão da fermentação ou lagoa ácida, cerca de 15 a 20 horas, o pH cai para 3,8 e toda a mucilagem sai da solução e flutua como uma espessa espuma laranja que é permitido que se acumule na superfície por vários dias e se transforme em uma crosta preta espessa que pode ser removida periodicamente e depositada com os sólidos da polpa peneirada para compostagem. Na outra extremidade da lagoa ácida haverá uma camada intermediária clara de água ácida amarela sob a mucilagem e sobre os sólidos sedimentados. Este é então bombeado para o próximo estágio de neutralização. A taxa de 'acetificação' ou fermentação em ácido pode ser acelerada consideravelmente sangrando uma pequena porcentagem dessa água ácida e misturando-a de volta na entrada da lagoa ácida para criar um processo de 'feedback'.
Foi feito uso de um antigo tanque de aço de 25.000 litros que estava três quartos cheio com lascas de calcário de 2 a 5 mm. A água de lavagem ácida é bombeada para o fundo do tanque através de um manifold e até cerca de 1,5 a 2 metros de profundidade de cavacos, com um tempo de residência de 1 a 2 horas. Mais uma vez, a superfície é coberta com uma espuma de sólidos gerados por CO2, mucilagem e um material preto fino que é considerado taninos condensados e materiais polifenólicos que provaram no passado restringir seriamente a eficiência do lodo de biogás se não fossem removidos . Mais uma vez, a solução clara de cima do calcário e sob a camada de espuma, agora com um pH de mais de seis, pode ser retirada e usada para o próximo estágio e a camada flutuante periodicamente retirada e transferida para os sólidos da polpa para compostagem. É importante ter instalações disponíveis para lavar este tanque e agitar o leito de calcário o suficiente para remover o filme biológico dos cavacos que irão lentamente obstruir a taxa de fluxo por um período de 2 a 3 semanas. O uso de um tanque de grande diâmetro com tampa aberta permitiria que a espuma e a escória polifenólica fossem removidas mais facilmente, removendo o material flutuante, assim como a lagoa ácida.
Em Khe Sanh, a maior parte da água de lavagem neutralizada é atualmente descarregada em uma área úmida construída em três seções, que serão descritas mais adiante. Devido a restrições financeiras, apenas um digestor UASB em escala piloto de 5.000 litros está funcionando no momento. Consiste em um tanque de aço inoxidável de 3,5 metros de altura. Sobre o coletor de admissão no fundo do tanque há uma camada de mais lascas de calcário com cerca de 350 mm de profundidade. Acima disso está a camada de lodo que pode ter até 1,5 metros de profundidade quando inativa, mas se expande e granula para formar um leito de 2 metros ou mais de profundidade de lodo ativado. Esse lodo assentará e permanecerá inativo por até 12 meses de cada vez. No entanto, no início da próxima temporada, ele será reativado em cerca de uma semana. A parte superior do tanque contém o separador de gás/sólidos/líquidos cerca de 500 mm abaixo da superfície da água de descarga. Acredita-se que o processo EGSB, usando um digestor mais alto, seria uma progressão lógica sobre o sistema atual, mas isso ainda não foi tentado. Está prevista a construção de um novo digestor maior de materiais de 'ferro-cimento' para a próxima temporada, que incorporará essas melhorias. Atualmente, estão em andamento testes para fornecer alguns números práticos quanto à produção de gás em relação às toneladas de cereja, em vez dos kgs teóricos e difíceis de determinar. de sólidos voláteis secos, etc. Com a grande variação nas forças do efluente, Cherry é a única medida real de entradas no sistema para avaliação prática. usar um digestor mais alto seria uma progressão lógica sobre o sistema atual, mas isso ainda não foi tentado. Está prevista a construção de um novo digestor maior de materiais de 'ferro-cimento' para a próxima temporada, que incorporará essas melhorias. Atualmente, estão em andamento testes para fornecer alguns números práticos quanto à produção de gás em relação às toneladas de cereja, em vez dos kgs teóricos e difíceis de determinar. de sólidos voláteis secos, etc. Com a grande variação nas forças do efluente, Cherry é a única medida real de entradas no sistema para avaliação prática. usar um digestor mais alto seria uma progressão lógica sobre o sistema atual, mas isso ainda não foi tentado. Está prevista a construção de um novo digestor maior de materiais de 'ferro-cimento' para a próxima temporada, que incorporará essas melhorias. Atualmente, estão em andamento testes para fornecer alguns números práticos quanto à produção de gás em relação às toneladas de cereja, em vez dos kgs teóricos e difíceis de determinar. de sólidos voláteis secos, etc. Com a grande variação nas forças do efluente, Cherry é a única medida real de entradas no sistema para avaliação prática. Atualmente, estão em andamento testes para fornecer alguns números práticos quanto à produção de gás em relação às toneladas de cereja, em vez dos kgs teóricos e difíceis de determinar. de sólidos voláteis secos, etc. Com a grande variação nas forças do efluente, Cherry é a única medida real de entradas no sistema para avaliação prática. Atualmente, estão em andamento testes para fornecer alguns números práticos quanto à produção de gás em relação às toneladas de cereja, em vez dos kgs teóricos e difíceis de determinar. de sólidos voláteis secos, etc. Com a grande variação nas forças do efluente, Cherry é a única medida real de entradas no sistema para avaliação prática.
O efluente de descarga do digestor passa por um pequeno tanque de decantação, principalmente para recolher e reciclar as lamas que escapam, e depois escoa por gravidade para as zonas húmidas acima mencionadas. A primeira lagoa, por causa da atual descarga pesada do tanque de neutralização em comparação com o digestor de biogás, ainda carrega muito BOD e não é um bom ambiente no momento para cultivar qualquer coisa. Apenas alguns juncos e juncos sobrevivem.
O segundo tanque foi plantado com variedades locais de juncos e juncos de caule oco. Essas plantas bombeiam ativamente oxigênio suficiente para suas raízes para permitir que sobrevivam em um ambiente totalmente anaeróbico e são bons redutores de BOD e COD. Depois do biodigestor, constituem a segunda linha de filtragem biológica. Em climas mais frios, seria necessário fazer um uso muito maior dos juncos e juncos, porque nosso terceiro estágio é relativo apenas aos climas tropicais. A lagoa do filtro terciário é muito mais profunda, 1,5 metros, e é preenchida com jacintos de água flutuantes que, se a lagoa for grande o suficiente, deve remover a maioria dos sais fertilizantes, nitratos, potássio, taninos condensados, etc., e quaisquer fosfatos remanescentes . No entanto, em nosso atual estágio de desenvolvimento, ainda há muito BOD vindo dos acetatos sendo descarregados do tanque de neutralização, para não mencionar o ácido não reagido da lagoa de ácido, para permitir que o jacinto de água prospere. Eles estão apenas sobrevivendo. Quando eles precisam ser desbastados, existem várias opções disponíveis para aproveitar o excesso de material, das quais a mais fácil é cortá-los e adicioná-los à mistura de compostagem! Mais biogás, ração animal e SCP também são possibilidades. O composto é usado como fertilizante para retornar ao café. dos quais o mais fácil é cortá-los e adicioná-los à mistura de compostagem! Mais biogás, ração animal e SCP também são possibilidades. O composto é usado como fertilizante para retornar ao café. dos quais o mais fácil é cortá-los e adicioná-los à mistura de compostagem! Mais biogás, ração animal e SCP também são possibilidades. O composto é usado como fertilizante para retornar ao café.
Embora este processo tenha sido desenvolvido especificamente para a indústria do café, também acompanhou os desenvolvimentos no processamento da azeitona e na indústria do vinho tinto. Acredita-se que possa ser adaptado a qualquer indústria de frutas ou produtos agrícolas que tenha problemas com antocianinas COD e altos níveis de açúcares de frutas em grandes volumes de águas frias de processamento de resíduos.
Juntamente com essa tentativa de estabelecer uma indústria de processamento de café totalmente sustentável, o uso posterior da grama Vetiver por um período de vários anos, para criar um sistema de cultivo de café em terraços, sem a necessidade de movimentação de terra mecânica, poderia levar a um cultivo ecologicamente correto, mas totalmente mecanizado. sistema de colheita que pode converter grande parte do trabalho penoso do trabalho manual excessivo em condições de trabalho muito mais agradáveis e uma imagem renovada do café como uma indústria progressista e voltada para o futuro.