!HU000005732T2! (19)
HU
(11) Lajstromszám:
E 005 732
(13)
T2
MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal
EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (21) Magyar ügyszám: E 03 727546 (22) A bejelentés napja: 2003. 06. 02. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20030727546 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 1517873 A1 2003. 12. 11. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 1517873 B1 2009. 02. 11.
(51) Int. Cl.: C05F 1/00 (2006.01) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO 03101914 PCT/FI 03/000435
(30) Elsõbbségi adatok: 20021038 2002. 05. 31.
(73) Jogosult: Preseco OY, 02150 Espoo (FI)
FI
(72) Feltaláló: JÄRVENTIE, Jussi, FIN-17800 Kuhmoinen (FI)
(54)
(74) Képviselõ: dr. Gyõrffy Béla, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest
Eljárás szerves anyag hulladékának kezelésére
(57) Kivonat
HU 005 732 T2
A találmány tárgya szerves anyag kezelésére, kalcium elválasztására a kalcium és/vagy foszfor kinyerésére szolgáló eljárás és a kapott termékek hasznosítása és
az alkalmazásuk talajjavítóként és mûtrágyaként és a találmány tárgya továbbá gáztisztítás során szén-dioxid-csapdák adása.
A leírás terjedelme 6 oldal Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 1995. évi XXXIII. törvény 84/H. §-a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
1
HU 005 732 T2
A találmány területe A találmány tárgya szerves hulladék kezelésére, kalcium elválasztására a kalcium és/vagy foszfor kinyerésére szolgáló eljárás és a kapott termékek hasznosítása és az alkalmazásuk talajjavítóként és mûtrágyaként és a találmány tárgya továbbá gáztisztítás során szén-dioxid-csapdák adása. A találmány háttere Az ember hozzászokott különbözõ növényi és állati eredetû termékek különbözõ célokra történõ alkalmazásához. A tápláléknak és egyéb célra szánt termékek feldolgozása és elõállítása nagyon sokféle hulladékot hoz létre, mint amilyen a haleredetû hulladék, halszálkák és pikkelyek, szárnyaseredetû hulladék, ideértve a tollakat és porcokat, levelek, szárak és burgonya, sárgarépa, paradicsom és egyéb növények és zöldségek héja, gyümölcshéjak és gabonahéjak stb. A mezõgazdaságon és a bundatermelésen kívül különbözõ hulladékok keletkeznek pl. talajkezelés és a vízrendszer kezelése során, amelynek példájaként a következõt adhatjuk: nagy mennyiségû hal halászása, ha a vízrendszerek kezelése történik biomanipulálás alkalmazásával. A Finn környezet esetében az érintett halfaj általában a bodorka vagy búzaszemû keszeg, és a mennyiségek elérik a tonnákat. Ezen hulladékok elégetése vagy egyéb módokon lerakókba történõ elhelyezése fáradságos és az alkalmazott eljárás és berendezés általában nem felel meg a jelenlegi környezetvédelmi elõírásoknak. A szerves anyagok kezelésének egyik problémája, hogy a feldolgozandó anyag idõszakosan keletkezik és bonyolult az anyag tárolása. A feldolgozott hulladékokban az ásványianyag-összetétel bonyolulttá teszi az alkalmazásukat: például nitrogén, kálium és foszfor ritkán fordul elõ egymáshoz képest megfelelõ arányban. A jelen találmány célja megoldás adása ezen problémákra. Különösen a találmány célja eljárás adása, ami által szerves anyag és hulladékai alkalmazása javítható és ami által lehetséges például mezõgazdasági alkalmazásra szolgáló végtermékek elõállítása. A találmány rövid ismertetése A jelen találmánnyal kapcsolatosan elvégzett kísérletek alapján szerves anyag lebontásából eredõ hidrolízishulladék egyedi termékenyítõ hatással és termékenyítõ értékkel bír a tápanyagelemzések és a termelési vizsgálatok alapján. Amennyiben nitrogénben gazdag szervesanyag van alkalmazva kiindulási anyagként hidrolízis eljárásban, akkor lehetséges a káliumés/vagy foszfátarányok változtatása a különbözõ alkalmazások tápanyag-összetételének optimalizálására (például különbözõ zöldségekre és gabonákra vagy különbözõ talajtípusokra). Mikrobiológia eljárások alkalmazásával lehetséges nitrátok ammóniává és szulfátok hidrogén-szulfittá történõ átalakítása, vagy foszfátok kicsapása, hogy oldhatatlan vegyületek keletkezzenek alkáliföldfémekkel. Azt találtuk, hogy ha szerves anyagot, különösen halpépet, hidrolizálunk például a leírásban ismertetett
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
2
módon, akkor a hidrolízis végterméke tartalmaz kalcium-foszfátot. Különösen nagy mennyiségû kalciumfoszfát fordul elõ halszálkaanyag hidrolízise során. Azonban ebben a formában a foszfát oldhatatlan és ezért használhatatlan növényi trágyaként. Tehát a találmány célja eljárás és eszköz kifejlesztése szerves anyag és hulladékának kezelésére, és kalcium elválasztására és foszforsav kinyerésére, valamint ugyanennek a további hasznosítása gáz mosására és talajjavításra és mûtrágyaként. A találmány célját egy olyan eljárással és rendszerrel értük el, amely azzal jellemzett, amit a független igénypontokban ismertettünk. A függõ igénypontokban adtuk meg a találmány elõnyös megvalósítási módjait. A találmány a szerves anyagban lévõ vagy a hidrolízise során keletkezett kalcium-foszfátnak savval történõ kezelés révén egy alkalmas formába történõ átalakításán alapul, miáltal a kalcium a savnak megfelelõ sóként kicsapódik és a visszamaradó foszfátion foszforsavat alakít ki. A maradék szabad foszfort vegyületbe vihetjük ammóniumionnal. A kialakult kalciumsó elválasztható és tovább érethetõ kalcium-oxiddá. Ha vizes oldatban van hidrolizálva, akkor a kapott kalcium-oxid kalcium-hidroxidot hoz létre, ami jó szén-dioxid-csapda, amely alkalmazható gázok tisztítása során. A tisztítandó gázban jelen lévõ szén-dioxid reagál a kalcium-oxidból kialakult kalciumhidroxiddal és kalcium-karbonát jön létre. A kialakult kalcium-karbonát alkalmazható talajjavításra vagy mûtrágyaként, vagy tovább égethetõ. A kalcium-karbonát égetéséhez 1000 °C hõmérsékletnél alacsonyabb hõfok szükséges. A visszamaradó foszforsavoldat kombinálható, például dekantálást követõen, hidrolízismaradékkal, amely tartalmaz ammónium-bikarbonátot és/vagy kálium-karbonátot, miközben a kibocsátott szén-dioxid, a kálium és az ammóniumsók a foszfát formába alakultak. A találmány szerinti eljárás és rendszer elõnye, hogy tisztább mosott gázt ad, amely kevesebb szén-dioxidot tartalmaz. A találmány azzal a további elõnnyel is bír, hogy a gáz mosása során termelt kalcium-karbonát lényegesen alacsonyabb hõmérsékleten égethetõ, mint a kalcium-foszfát, amelynek a lebontásához körülbelül 1700 °C¹os hõmérséklet szükséges. Továbbá számításokkal változtatva a hulladékban jelen lévõ különbözõ összetevõket lehetséges a kálium, ammónium nitrogén és foszfor koncentrációk és arányok szabályozása. Tehát lehetséges pontosan a legmegfelelõbb mûtrágyakészítmények elõállítása az egyes növényfajokra vagy talajtípusra.
A találmány részletes ismertetése A találmány tárgya eljárás szerves anyag hulladékának kezelésére, amely eljárás tartalmazza a követ55 kezõ lépéseket: a) a hulladékban jelen lévõ szerves összetevõk elválasztása a kalcium-foszfátot tartalmazó összetevõktõl, b) a kalcium-foszfátot tartalmazó összetevõk hozzáadása savhoz és/vagy 60 2
1
HU 005 732 T2
c) a kalcium kicsapása a savnak megfelelõ sóként, és adott esetben d) a kialakult foszforsav elválasztása foszfátiontól. Ezt követõen adott esetben a kalciumsó égethetõ olyan kalcium-oxid elõállítására, amely vízzel kalciumhidroxidot alakít ki, amely szén-dioxid-csapdaként hat gáztisztítás során. A kialakult kalcium-karbonát visszanyerhetõ. Ebben a környezetben a szerves anyag bármilyen szerves anyagra utal. A szerves anyag lehet növényi vagy állati eredetû. A növényi eredetû anyag lehet például termesztett növény vagy termesztett növény hulladéka, mint például káposzta, burgonya vagy burgonyahéj. Az állati eredetû anyag lehet például halpép, mint például hal vagy halhulladék vagy szárnyas vagy szárnyashulladék vagy csont táplálék keverék. Az állati eredetû anyag különösen halpép. Ebben a közleményben a szerves anyag hulladéka a szerves anyagokra önmagukra vagy különbözõ módon kezelt változatukra utal. A hulladék kifejezés célunk szerint azt hangsúlyozza, hogy az anyag semmilyen más módon nincs hasznosítva, például humán táplálékként vagy állati takarmányként. A szerves anyag, mint például csontok vagy halszálkák, alkalmazhatóak önmagukban. A lebomlásuk javítható megfelelõ elõkezelési eljárásokkal, amelyek közül egy elõnyös példa a mikrobiológiai vagy kémiai lebontás vagy hidrolízis. A hidrolízishulladék elõállítható például biokonverziós eljárással és lehet teljesen vagy részlegesen hidrolizált szerves anyag. A hidrolízis normálnyomáson vagy a légköri nyomást meghaladó nyomáson történik. A hidrolízis elõnyösen a légköri nyomást meghaladó nyomáson történik, mint például 1,1–6 bar nyomáson, elõnyösen körülbelül 2 bar nyomáson. A találmány szerinti eljárásban a hulladék szerves összetevõi bármilyen hagyományos eljárással elválaszthatóak a kalcium-foszfátot tartalmazó összetevõktõl. Az elválasztás például végezhetõ a szerves anyag hulladékról történõ dekantálásával, az eredményül kapott kalcium-foszfátot tartalmazó anyag olyan kevés vizet tartalmaz, amennyire csak lehetséges. Az elválasztás elvégezhetõ a reakcióedény aljáról a kalcium-foszfátot tartalmazó anyag eltávolításával is. Az elválasztás elvégezhetõ például kompresszióval vagy centrifugális elválasztással is. Az alkalmazott sav oxálsav, mivel ez egy szerves sav és ezáltal a termék égetéssel lebontható. A kialakított és kicsapott só mennyisége a sav mennyiségének változtatásával változtatható. A találmány megvalósítható normális nyomáson vagy a légköri nyomást meghaladó nyomáson, mint például 1,2–6 bar nyomáson, elõnyösen körülbelül 2 bar nyomáson. A kalcium-foszfát olyan sót alakít ki, amely megfelel az alkalmazott savnak. Elõnyösen kalcium-oxalát¹só jön létre. A kapott só elválasztásra kerül és adott esetben égetve van, amelynek során kalcium-oxid keletke-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
2
zik. A kalcium-oxid vízzel reagál és kalcium-hidroxidot hoz létre, amely szén-dioxid-csapdaként hat, amely alkalmazható gázmosásra vagy tisztításra. A tisztítandó gáz a szén-dioxidot tartalmazó gáz, elõnyösen füstgáz vagy biogáz, és vissza van nyerve, és üvegházgázként van alkalmazva, fûtésre, elektromosság termelésére vagy üzemanyagként. A gázmosással kapcsolatban a kalcium-hidroxid reagál a szén-dioxiddal, és kalcium-karbonát jön létre, amely alkalmazható talajjavítóként vagy mûtrágyaanyagként. A kalcium-karbonát hevíthetõ is. A kalciumkarbonát hevíthetõ kemencében, ahol a szükséges hõmérséklet 1000 °C hõmérséklet alatt van. A találmány tárgya továbbá eljárás foszforsav elõállítására, amelyben kalcium-foszfátot tartalmazó összetevõk vannak elválasztva a szerves hulladék anyag szerves összetevõitõl és a kalcium-foszfátot tartalmazó összetevõk a savhoz vannak adva, ezáltal az oldatban jelen lévõ szabad foszfátion foszforsavat hoz létre a reakcióban és a termelt foszforsav vissza van nyerve. A találmány tárgya továbbá eljárás foszforsavat tartalmazó termék elõállítására, amelyben a foszforsavat tartalmazó oldat dekantálva van, és kombinálva van ammónium-bikarbonátot és kálium-karbonátot tartalmazó hidrolízishulladékkal, miközben szén-dioxid szabadul fel, a káliumsók és az ammóniumsók a foszfát formákká vannak átalakítva. Az elõállított foszforsavtartalmú termék szintén alkalmazható talajjavítóként mûtrágyaként vagy mûtrágyaszerû termékként. A különbözõ részek kiszámított változtatása révén lehetséges a kálium, ammónia nitrogén és foszfor koncentrációk és arányok változtatása, és ezáltal növényspecifikusabb és talajspecifikusabb talajjavító termékek elõállítása. A találmány tárgya továbbá kalcium-karbonát-tartalmú termék, amely olyan eljárással van elõállítva, amelyben kalcium-foszfátot tartalmazó összetevõk vannak elválasztva a szerves hulladék anyag szerves összetevõitõl és a kalcium-foszfátot tartalmazó összetevõk a savhoz vannak adva, a kalcium kiválik a savnak megfelelõ sóként, és a kalciumsó égetésre kerül, hogy kalciumoxid jöjjön létre, ami vízzel kalcium-hidroxidot hoz létre, amely szén-dioxiddal van reagáltatva, hogy kalciumkarbonát keletkezzen és a keletkezett kalcium-karbonát kinyerésre kerül. A kalcium-karbonátot tartalmazó termék alkalmazható talajjavítóként, mûtrágyaként vagy mûtrágyaszerû termékként. A kalcium-karbonát újra égethetõ szén-dioxid-csapda elõállítására. Szakember számára egyértelmû, hogy a technológiai elõrehaladással az alap találmányi gondolat számos módon gyakorlatba vehetõ. Tehát a találmány és a megvalósítási módjai nem korlátozódnak a fent ismertetett példákra, hanem változhatnak az igénypontok oltalmi körén belül. Példák
1. példa Kisméretû halszálkák kezelése 10 g kisméretû halszálkát és 100 ml 5%¹os oxálsa60 vat tartalmazó oldatot készítettünk el és az oldatot 3
1
HU 005 732 T2
30 percig kevertettük. Az oldat pH¹értéke 1,2 volt és enyhe hidrogén-szulfitos szaga volt. A vékony halszálkák fokozatosan feloldódtak és ezután ki lettek csapatva. Ezt követõen az oldatot GF/B vákuumszûrés alkalmazásával szûrtük és UV készülékkel határoztuk meg az oldat foszfáttartalmát. A PO43–-tartalom 7300 mg/l volt. 2. példa Csontliszt kezelése 10 g csontlisztet és 100 ml 5%¹os oxálsavat tartalmazó oldatot készítettünk el és az oldatot 60 percig kevertettük. Ezt követõen az oldatot GF/B vákuumszûrés alkalmazásával szûrtük és UV készülékkel határoztuk meg az oldat foszfáttartalmát. A PO 4 3– -tartalom 15 000 mg/l volt. 3. példa Nagyméretû halcsontok kezelése 5 g nagyméretû halcsontot és 5 g oxálsavanhidridet 100 ml vízben tartalmazó oldatot készítettünk el. Az oldatot 60 percig kevertettük és ezt követõen az oldatot egy órát pihenni hagytuk. Ezt követõen az oldatot GF/B vákuumszûrés alkalmazásával szûrtük és UV készülékkel határoztuk meg az oldat foszfáttartalmát. A PO43–-tartalom 7000 mg/l volt. 4. példa Nagyméretû halcsontok kezelése 5 g nagyméretû halcsontot és 5 g oxálsavanhidridet 100 ml vízben tartalmazó oldatot készítettünk el. Az oldatot 60 percig pihentettük és ezt követõen az oldatot két órát kevertettük. Ezt követõen az oldatot GF/B vákuumszûrés alkalmazásával szûrtük és UV készülékkel határoztuk meg az oldat foszfáttartalmát. A PO43–-tartalom 8500 mg/l volt. 5. példa Szerves anyag hidrolízishulladékának kialakítása és kezelése A 300 liter kapacitású R1 reaktorba szerves anyagot tettünk, amely 18,8 kg csontlisztet, 28,9 kg halat és 3,8 kg genetikailag módosított élesztõt (Genencor) tartalmazott és még 20 liter inokulumot, amely különbözõ halak és élesztõ saját mikrobákat tartalmazott. A reaktorban lévõ nyomás 2 bar volt. A reaktorban lévõ pH értéke 8,2 volt. A teljes NH2-tartalmat spektrofotométerrel határoztuk meg és 9200 mg/l volt. Ezenkívül meghatároztuk a karbonátok mennyiségét kénsav alkalmazásával és az ammóniumion-tartalmat kiszámoltuk ammónium-karbonát formájában. A számítás 8700 mg/l ammóniumion- és 46 300 mg/l karbonáttartalmat adott. Az alkalikusságot és a foszfáttartalmat is meghatároztuk. Az alkalikusság 32 000 volt és a foszfáttartalom 1200 mg/l volt. A reaktorból kinyert biogáz mennyiségét és összetételét is mértük. A következõ napon a reaktor 109,4 l/nap biogázt adott, ami 74,6% CH4¹et és 20,0% CO2¹ot tartalmazott. Az R1 reaktorból kinyert biogáz recirkuláltatható erõsen ammóniás biohulladékot tartalmazó reaktorba,
2
amely reaktorban a szén-dioxid tovább reagál ammóniával és puffervegyületet hoz létre. Ebben az esetben eltûnik az ammónia toxikussága és a körülmények optimálisak lesznek a mikrobák számára. Részlegesen vagy teljesen hidrolizált hulladékot 5 veszünk kívánt idõközönként vagy a reaktorok egyikébõl és az 1–4. példákban ismertetett módon savval kezeljük. Amikor hidrolízis van alkalmazva elõkezelésként, akkor a teljes eljárás gyorsabbá és hatásosabbá 10 válik.
SZABADALMI IGÉNYPONTOK 15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 4
1. Eljárás szerves anyag hulladékának kezelésére, amely eljárás tartalmazza a hulladékban lévõ szerves összetevõk elválasztását a kalcium-foszfátot tartalmazó összetevõktõl, azzal jellemezve, hogy az eljárás tartalmazza továbbá a következõ lépéseket: i) a kalcium-foszfátot tartalmazó összetevõk hozzáadása oxálsavhoz, ii) a kalcium kicsapása kalcium-oxalát-sóként, és iii) a kialakult foszforsav elválasztása foszfátiontól. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kezelt hulladék szerves anyag hulladék anyaga vagy biokonverzióval elõállított hidrolízis hulladéka. 3. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szerves anyag állati eredetû. 4. A 3. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az állati eredetû anyag hal, halhulladék, szárnyas vagy szárnyashulladék. 5. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szerves anyag növényi eredetû. 6. Az 5. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a növényi eredetû anyag termesztett növény, termesztett növényi hulladék, mint például káposzta, burgonya vagy burgonyahéj. 7. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az eljárás normálnyomáson megy végbe. 8. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az eljárás a légköri nyomást meghaladó nyomáson megy végbe. 9. A 8. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az eljárás körülbelül 1,2–6 bar nyomáson, elõnyösen körülbelül 2 bar nyomáson megy végbe. 10. Az 1–9. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kalciumsó vissza van nyerve és adott esetben kalcium-oxiddá van elégetve. 11. A 10. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kalcium-oxid hidrolizálva van vízzel. 12. A 11. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a hidrolizált kalcium-oxid kalcium-hidroxidot alakít ki, amely szén-dioxid-csapdaként hat gáztisztítás során. 13. A 12. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tisztítandó gáz szén-dioxidot tartalmazó gáz, elõnyösen füstgáz vagy biogáz. 14. A 12. vagy 13. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tisztított gáz visszanyerésre kerül.
1
HU 005 732 T2
15. A 12–14. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gáztisztítás során keletkezett kalcium-karbonát visszanyerésre kerül. 16. A 15. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a visszanyert kalcium-karbonát talajjavítóként, mûtrágyaként vagy mûtrágyaszerû termékként van alkalmazva. 17. A 16. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a visszanyert kalcium-karbonát égetésre kerül. 18. Az 1–17. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az elõállított foszforsavoldat dekantálva van és visszanyerésre kerül. 19. A 18. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a visszanyert foszforsavoldat kombinálva van a szerves anyag hidrolízishulladékával. 20. A 19. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a foszforsavat és hidrolízishulladékot tartalmazó termék talajjavítóként, mûtrágyaként vagy mûtrágyaszerû termékként van alkalmazva. 21. Az 1–20. igénypontok bármelyike szerinti, szerves anyag hulladékának kezelésére szolgáló eljárás,
2
amely tartalmazza a hulladékban jelen lévõ szerves összetevõk elválasztását a kalcium-foszfátot tartalmazó összetevõktõl, azzal jellemezve, hogy az eljárás tartalmazza továbbá a következõ lépéseket: 5 i) a kalcium-foszfátot tartalmazó összetevõk hozzáadása oxálsavat tartalmazó oldathoz, miáltal ii) a kalcium kicsapódik kalcium-oxalát-sóként, amely só visszanyerésre kerül, és adott esetben égetésre kerül, miáltal kalcium-oxid keletkezik, és 10 iii) a foszfátionból keletkezett foszforsav elválasztásra kerül. 22. Kalcium-karbonátot tartalmazó termék, azzal jellemezve, hogy a termék olyan eljárással van elõállítva, amelyben az 1. igénypont szerinti eljárás ii) lépés15 ben elõállított kalciumsó el van égetve kalcium-oxid elõállítására, ami vízzel kalcium-hidroxidot hoz létre, amely reagáltatva van szén-dioxiddal kalcium-karbonáttá és az elõállított kalcium-karbonát kinyerésre kerül. 23. A 22. igénypont szerinti termék alkalmazása ta20 lajjavítóként, mûtrágyaként vagy mûtrágyaszerû termékként.
5
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Törõcsik Zsuzsanna Windor Bt., Budapest
