FOTOBIORREACTOR DE SOPORTE FLOTANTE.

1. Fotobiorreactor de soporte flotante que comprende una pluralidad de superficies

(1) y medios de separación (3) en contacto con un medio acuoso (5), configurados para rotar solidariamente con un eje (2) conectado a medios de propulsión (6),

caracterizado porque dicha pluralidad de superficies (1), eje (2) y/o medios de separación (3) están configurados para la flotación total o parcial en dicho medio acuoso (5).

2. Fotobiorreactor de soporte flotante según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho eje (2) es paralelo a la superficie del medio acuoso y porque la, pluralidad de superficies (1) y medios de separación (3) se configuran para rotar flotando en posición perpendicular a la superficie (4) de dicho medio acuoso (5).

3. Fotobiorreactor de soporte flotante según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque dicho eje (2) se configura para que cada porción de éste absorba en su torsión parte de la energía transmitida por la porción anterior y a su vez transmitirla a la porción siguiente.

4. Fotobiorreactor de soporte flotante según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicho eje (2) comprende un nervio central y una pluralidad de costillas longitudinales que engranan con la parte central de los biodiscos.

5. Fotobiorreactor de soporte flotante según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicho eje (2) comprende un material plástico extruido.

6. Fotobiorreactor de soporte flotante según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque dichas pluralidad de superficies (1) son discos de un material poliolefínico celular con el borde perimetral cerrado, y comprenden en al menos una de sus caras un recubrimiento que facilita el crecimiento de microorganismos.

7. Fotobiorreactor de soporte flotante según la reivindicación 6, caracterizado porque ambas caras comprenden un recubrimiento que comprende geotextil de fibras de polipropileno.

8. Fotobiorreactor de soporte flotante según la reivindicación 6, caracterizado porque dichas superficies (1) comprenden un plano central de polipropileno celular y en el que dicho recubrimiento comprende polietileno espumado.

9. Fotobiorreactor de soporte flotante según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dichos medios de separación (3) y dichas pluralidad de superficies (1) son de una densidad inferior a la del medio acuático (5).

10. Fotobiorreactor de soporte flotante según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dichos medios de separación (3) comprenden poliestireno expandido.

11. Fotobiorreactor de soporte flotante según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque dicho medio acuático (5) está confinado en un recipiente cuyo fondo forma medios de acumulación recorridos por medios de recogida configurados para recoger la masa acumulada en dicho fondo y transportarla hasta medios de almacenamiento.

12. Fotobiorreactor de soporte flotante según la reivindicación 11, caracterizado porque dicho fondo tiene forma de tolva, la cual está recorrida por un tornillo sinfín (12), configurado para conducir la masa acumulada en dicho fondo hasta una arqueta (13).

13. Fotobiorreactor de soporte flotante según la reivindicación 12, caracterizado porque comprende una bomba (14) configurada para transportar dicha masa conducida por el tornillo sinfín (12) hacia dicha arqueta (13) hasta un tamiz (11) configurado para separar la materia acuosa de forma que propulse dichos medios de propulsión (6).

14. Fotobiorreactor rotatorio según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, que se caracteriza porque tiene una tubería porosa que recorre la parte inferior de los medios acuosos y configurada para borbotear aire atmosférico u otras mezclas de gases.

15. Fotobiorreactor rotatorio según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, que se caracteriza porque tiene una cubierta abatible que aísla parte o la totalidad de la pluralidad de superficies (1) de la atmósfera.

Tipo: Modelo de Utilidad. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: U201331479.

Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: FERNANDEZ GONZALEZ,JESUS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > BIOQUIMICA; CERVEZA; BEBIDAS ALCOHOLICAS; VINO; VINAGRE;... > EQUIPOS PARA ENZIMOLOGIA O MICROBIOLOGIA (instalaciones... > C12M3/00 (Equipos para el cultivo de tejidos, de células humanas, animales o vegetales, o de virus)
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Fragmento de la descripción:

FOTOBIORREACTOR DE SOPORTE FLOTANTE

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se encuadra en el campo de los bioreactores y se refiere a un fotobioreactor con elementos que flotan sobre un lecho acuoso, que permite prescindir de ejes pesados y cojinetes de apoyo, sin limitación de longitud para el eje.

ESTADO DE LA TÉCNICA

En los últimos años el cultivo de microalgas a gran escala ha despertado un gran interés por las posibilidades que presenta tanto para la depuración de aguas residuales como para la producción de biomasa algal pluriespecífica. De los sistemas propuestos, son los sistemas de biofilm abiertos, en los que las microalgas se adhieren a un soporte bañado por un medio acuoso y expuesto directamente a la luz, los más novedosos, y los que presentan perspectivas más prometedoras. Las microalgas, junto con otros microorganismos, crecen fundamentalmente sobre un soporte proporcionado a tal efecto y forman una película denominada biofilm, en la que, si el medio es rico en nutrientes minerales y pobre en materia orgánica, predominan las microalgas. El soporte del biofilm en los sistemas estudiados hasta el momento puede ser fijo, siendo el medio acuoso el que se mueve sobre él, o puede ser móvil en un medio acuático estático o de lento movimiento. Entre los sistemas con el soporte del biofilm fijo ha habido desarrollos con los paneles verticales expuestos al aire y sobre los que se hace caer una cortina continua del medio de cultivo, como es el caso de la patente “Fotobiorreactor laminar para producción de microalgas” (ES 2 347 515 B2) , en el que se utilizan paneles verticales huecos, cubiertos por ambas caras por paños de tejidos. En el campo de la depuración de aguas residuales, los denominados “biodiscos”, o “contactores biológicos rotativos”, comprenden un conjunto de superficies planas, normalmente con forma de disco, que giran semi-sumergidas en el agua residual, pasando las superficies de los discos por situaciones alternativas de contacto con el aire y el agua residual, lo que hace que se desarrollen microorganismos sobre dichas superficies formando una película que se conoce con el nombre de “biofilm”. Este tipo de sistemas están diseñados para la eliminación de la materia orgánica por medio de microorganismos heterótrofos (bacterias y hongos principalmente) y para la desnitrificación que se realiza por bacterias específicas a partir de nitratos y materia orgánica. Para estas condiciones no se requiere la luz y por consiguiente los discos están bastante juntos y lo normal es que el sistema tenga una cubierta opaca. El crecimiento en espesor del biofilm sobre la superficie de los discos hace que ni los nutrientes ni el oxígeno lleguen a las capas internas, lo que hace que, con el tiempo, mueran los microorganismos de estas capas y provoquen el desprendimiento de todo el biofilm que sedimenta en el fondo y comienza de nuevo a producirse otro biofilm sobre la superficie despejada. El peso del biofilm en los discos debe ser soportado por los cojinetes de apoyo del eje de giro, debiendo ser éste construido en material resistente a la flexión y de una longitud limitada que no suele superar los 8 metros. Entre estos sistemas con el soporte del biofilm móvil cabe citar el sistema propuesto por M.B.Johnson, “Microalgal biodiesel production through a novel attached cultured system and conversión parameters” , objeto de una tesis doctoral leída en abril de 2009 en Virginia (USA) y en la que se desarrolla un panel de laboratorio de iluminación cenital que bascula alrededor de un eje central con lo que cada lado del panel es sometido alternativamente a inundación por el medio de cultivo y retirada de éste. Otro sistema de soporte de biofilm móvil ha sido publicado en la Memoria de la Tesis de grado de L. Christenson dirigida por R. C. Sims con el título “Algal biofilm production and harvesting system for wastewater treatment with biofuels by-products” presentada el 05.01.2011 en la Universidad del Estado de Utah (USA) , que consiste en un fotobiorreactor que utiliza una cuerda continua de algodón de 6, 4 mm de diámetro que se mueve sumergida en un medio de cultivo y se enrolla y desenrolla en dos cilindros que rotan en el mismo sentido. Las algas se adhieren a la cuerda formando un biofilm y la cosecha se realiza por el escurrido mecánico de la cuerda. Otros documentos representativos de los esfuerzos dirigidos a mejorar los sistemas actuales son

- ES 2161620 A1 “Sistema dual de nitrificación-desnitrificación mediante biodiscos” de fecha de prioridad 27.08.1999.

- CN 201006845 Y “Rotating biologicaldisc” de fecha de prioridad 19.01.2007.

- ES 2328777 A1 “Planta depuradora de biodiscos” de fecha de prioridad 29.02.2008.

- ES 2 346 388 A1 “Dispositivo de biodiscos para un reactor de depuración de aguas residuales” de fecha de prioridad 13.10.2008.

- AR 041868 A1 “Reactor de biodiscos de propulsión hidráulica” de fecha de prioridad 30.10.2003 Los sistemas conocidos hasta la fecha, incluyendo los anteriormente descritos, todavía afrontan problemas de rendimiento, facilidad de cosecha, coste de las instalaciones o sencillez en el manejo y mantenimiento. Por tanto, todavía se necesita un sistema mejorado para el cultivo de microalgas que supere los problemas arriba descritos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención resuelve éstos problemas descritos anteriormente gracias a una especial configuración de su eje, biodiscos y medios de separación. De acuerdo con un primer aspecto, la presente invención se refiere a un fotobiorreactor para depuración de aguas y producción de biomasa que comprende una pluralidad de superficies (1) y medios de separación (3) en contacto con un medio acuoso (5) , configurados para rotar solidariamente con un eje (2) conectado a medios de propulsión (6) , caracterizado porque dicha pluralidad de superficies (1) , eje (2) y/o medios de separación (3) están configurados para la flotación total o parcial en dicho medio acuoso (5) . Esta especial configuración presenta numerosas ventajas frente a los sistemas descritos anteriormente. La pluralidad de superficies (1) , el eje (2) y/o los medios de separación (3) son flotantes en el medio acuoso (5) , por lo que no tiene problemas de limitación de su longitud por efecto de la flexión del eje, que es uno de los problemas que tienen los sistemas de biodisco descritos hasta la fecha. A medida que va aumentando la capa de biofilm sobre la superficie de los discos, estos pesarán más y por lo tanto el conjunto de discos-eje-separadores descenderá de nivel hasta que su incremento de peso se equilibre con el empuje del volumen de agua desplazada, lo que no supone ningún problema de flexión para el eje. Es más, al formar un sistema flotante, es innecesaria la utilización de cojinetes para el soporte del eje de arrastre de los discos, lo que supone un considerable ahorro en la instalación y en el mantenimiento.

Las superficies para la formación de biofilm

Las superficies (1) que forman el cuerpo del fotobiorreactor están preferiblemente fabricadas en material plástico rígido. Los microorganismos que forman el biofilm pueden ser autótrofos (algas) heterótrofos (hongos y bacterias) o una mezcla de ambos grupos. Esta pluralidad de superficies (1) pueden ser discos, y su material de fabricación y configuración admite numerosas variantes que el experto en la materia puede ajustar en función de las necesidades de cada planta y las particularidades de la aplicación. Es preferible que se construya a partir de un material poliolefínico, como por ejemplo el polipropileno celular, con el borde perimetral cerrado. De acuerdo con una realización...

 


Reivindicaciones:

1. Fotobiorreactor de soporte flotante que comprende una pluralidad de superficies (1) y medios de separación (3) en contacto con un medio acuoso (5) , configurados para rotar solidariamente con un eje (2) conectado a medios de propulsión (6) , caracterizado porque dicha pluralidad de superficies (1) , eje (2) y/o medios de separación (3) están configurados para la flotación total o parcial en dicho medio acuoso (5) .

2. Fotobiorreactor de soporte flotante según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho eje (2) es paralelo a la superficie del medio acuoso y porque la, pluralidad de superficies (1) y medios de separación (3) se configuran para rotar flotando en posición perpendicular a la superficie (4) de dicho medio acuoso (5) .

3. Fotobiorreactor de soporte flotante según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque dicho eje (2) se configura para que cada porción de éste absorba en su torsión parte de la energía transmitida por la porción anterior y a su vez transmitirla a la porción siguiente.

4. Fotobiorreactor de soporte flotante según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicho eje (2) comprende un nervio central y una pluralidad de costillas longitudinales que engranan con la parte central de los biodiscos.

5. Fotobiorreactor de soporte flotante según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicho eje (2) comprende un material plástico extruido.

6. Fotobiorreactor de soporte flotante según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque dichas pluralidad de superficies (1) son discos de un material poliolefínico celular con el borde perimetral cerrado, y comprenden en al menos una de sus caras un recubrimiento que facilita el crecimiento de microorganismos.

7. Fotobiorreactor de soporte flotante según la reivindicación 6, caracterizado porque ambas caras comprenden un recubrimiento que comprende geotextil de fibras de polipropileno.

8. Fotobiorreactor de soporte flotante según la reivindicación 6, caracterizado porque dichas superficies (1) comprenden un plano central de polipropileno celular y en el que dicho recubrimiento comprende polietileno espumado.

9. Fotobiorreactor de soporte flotante según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dichos medios de separación (3) y dichas pluralidad de superficies (1) son de una densidad inferior a la del medio acuático (5) .

10. Fotobiorreactor de soporte flotante según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dichos medios de separación (3) comprenden poliestireno expandido.

11. Fotobiorreactor de soporte flotante según cualquiera de las reivindicaciones 1 a

10, caracterizado porque dicho medio acuático (5) está confinado en un recipiente cuyo fondo forma medios de acumulación recorridos por medios de recogida configurados para recoger la masa acumulada en dicho fondo y transportarla hasta medios de almacenamiento.

12. Fotobiorreactor de soporte flotante según la reivindicación 11, caracterizado porque dicho fondo tiene forma de tolva, la cual está recorrida por un tornillo sinfín (12) , configurado para conducir la masa acumulada en dicho fondo hasta una arqueta (13) .

13. Fotobiorreactor de soporte flotante según la reivindicación 12, caracterizado porque comprende una bomba (14) configurada para transportar dicha masa conducida por el tornillo sinfín (12) hacia dicha arqueta (13) hasta un tamiz (11) configurado para separar la materia acuosa de forma que propulse dichos medios de propulsión (6) .

14. Fotobiorreactor rotatorio según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, que se caracteriza porque tiene una tubería porosa que recorre la parte inferior de los medios acuosos y configurada para borbotear aire atmosférico u otras mezclas de gases.

15. Fotobiorreactor rotatorio según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, que se caracteriza porque tiene una cubierta abatible que aísla parte o la totalidad de la pluralidad de superficies (1) de la atmósfera.

Figura 1

Figura 2