Procedimiento de producción de biomasa usando cultivos mixtos de algas fotosintéticas.

Procedimiento de cultivo masivo de cultivos mixtos de bacterias/algas exclusivamente planctónicas en tanques redondos planos abiertos provistos de equipos rascadores de fango (3) con aportación periférica de soluciones nutrientes (7) y con un cono invertido central de extracción con tres puntos de extracción,

en el que para el cultivo de cultivos mixtos de bacterias/algas a través de un tubo central de rebose (22) se extraen periódicamente componentes flotantes, a través de un punto de extracción inferior (9) a la altura del fondo del cono invertido se extraen fracciones que se sedimentan y a través de un punto de extracción medio (6) que está situado entre el rebose y el punto de extracción inferior (9) se extrae del agua libre la fracción de bacterias/algas planctónicas y se la conduce de regreso a la periferia del tanque

Procedimiento de producción de biomasa usando cultivos mixtos de algas fotosintéticas.

La invención se refiere a un procedimiento de producción de biomasa usando cultivos mixtos de algas fotosintéticas.

La biomasa se usa tras su más diversa elaboración en aplicaciones en comestibles, si bien también se obtienen de la misma los más diversos productos tales como productos químicos puros, vitaminas, colorantes, etc.

Dentro del marco de la depuración de aguas residuales la biomasa que se produce es tratada como sólido a eliminar, que p. ej. puede ser eliminado por medio de la descomposición o bien puede aplicarse dentro del marco de las instalaciones de generación de biogás como materia prima regenerativa para la producción de biogás.

Independientemente de la finalidad de uso, en las tecnologías de cultivo existentes hasta la fecha la biomasa de algas debe extraerse siempre concentrada de los medios de cultivo acuosos.

Es sabido que se aplican en combinación con instalaciones de generación de biogás (como p. ej. en la DE 197 21 243 C2) cultivos masivos de algas o cultivos mixtos de algas de las más diversas configuraciones de la instalación para la producción de biomasa y/o para la depuración de aguas residuales.

La DE 38 12 781 C1 describe la depuración final de aguas residuales en un tanque redondo que contiene un cultivo mixto de algas. La US-A-5 338 673 da a conocer el cultivo de microalgas, en donde la recolección se efectúa en un cono invertido. La FR-A-2 874 006 describe el cultivo de algas planctónicas/cultivos de bacterias en un tanque redondo cerrado, en donde la extracción se efectúa en una zona cónica inferior.

Por los más diversos motivos las técnicas de cultivo a gran escala existentes hasta la actualidad han estado en su mayoría dirigidas a cultivar algas planctónicas, que no se sedimentan y por consiguiente tienen que ser concentradas a partir de la solución acuosa de manera muy trabajosa mediante filtración, centrifugación, etc. Con la excepción de los muy costosos sistemas tubulares cerrados (que p. ej. se utilizan para la producción de cultivos puros) , todos los sistemas abiertos existentes hasta la fecha adolecen del inconveniente de que fracciones de biomasa más o menos grandes sí se sedimentan y refrenan más o menos marcadamente la producción de las fracciones puramente planctónicas.

Otras técnicas de cultivo a gran escala (p. ej. para la depuración de aguas residuales) están dirigidas a cultivar en la medida de lo posible tan sólo una biomasa de algas que se sedimente. Debido a las desfavorables condiciones marco hidráulicas, esto se logra sin embargo tan sólo insuficientemente; y además los gastos para mantener a esta biomasa en suspensión y para garantizar unos suficientes tiempos de contacto con el medio nutriente son muy superiores a los que corresponden a los cultivos planctónicos.

Aparte de una serie de adicionales problemas tecnológicos (como p. ej. la suficiente aportación de CO2 y la evitación de excesivas sobresaturaciones de O2) , los dos aspectos mencionados, o sea concretamente por una parte las insuficientes técnicas de recolección y por otra parte las insuficientes técnicas de selección para biomasa de algas planctónica o sedimentable, son la causa principal de la hasta el día de hoy prácticamente inexistente aplicación de esta tecnología a escala industrial.

Esto es tanto más notable por cuanto que con esta tecnología la productividad en kg de sustancia sólida/ (m2 año) es varias veces superior a la que se logra con todas las plantas salvajes y las plantas de cultivo que se cultivan hoy en día, incluyendo la colza, las especies de maíz de alto rendimiento, etc., para la producción de biogás o de biocombustible que se exige sobre la base de la ley alemana de las energías renovables (EEG) .

La invención persigue con ello la finalidad de crear un procedimiento para la realización de una producción masiva de algas en la que los gastos para la recolección de biomasa sean reducidos o bien totalmente inexistentes y esté garantizada una producción de cultivos mixtos de algas tan sólo planctónicas o tan sólo sedimentables de acuerdo con la finalidad perseguida en cada caso.

Según la invención esta finalidad es alcanzada con respecto a los cultivos mixtos de bacterias/algas planctónicas mediante las características de la reivindicación 1 y con respecto a los cultivos mixtos de bacterias/algas sedimentables mediante las características de la reivindicación 5, indicando las reivindicaciones dependientes ventajosas configuraciones de la invención.

Se aclara a continuación la invención a base de un dibujo. La Fig. 1 muestra una sección de un correspondiente equipo para el cultivo de algas planctónicas (un equipo para el cultivo de algas sedimentables estará realizado de manera análoga) .

Para el cultivo de poblaciones de algas exclusivamente planctónicas (en las que una parte importante consta también de bacterias) están previstos tanques redondos planos abiertos 1 con fondos horizontales 2 y equipos rascadores 3 con rascadores de fango 4 que corresponden a los rascadores de fango para estanques redondos de depuración final en el procedimiento del lodo activado en la depuración de aguas residuales, cuyos rascadores de fango ponen continuamente de nuevo en suspensión las partes sedimentadas (algas u otros componentes particulados) . Sobre la base de una forma de realización de este tipo con las más altas velocidades de rascado en la periferia, las partes sedimentables son tanto menos mantenidas en suspensión cuanto más cerca del centro se encuentran.

El centro de un tanque de este tipo está configurado como cono invertido 5 en el que pueden hacerse extracciones en tres sitios distintos:

1) Del agua libre 5 hasta 60 cm bajo el nivel del agua y de 30 a 200 cm encima del vértice del cono invertido a través de un tubo 6 la suspensión de algas planctónicas es extraída preponderantemente en continuo (al menos durante los periodos de tiempo fotosintéticamente activos) y es conducida tangencialmente de regreso al borde del tanque. En combinación con el rascado y la aportación periférica de solución nutriente 7, como p. ej. sustrato fermentado de un fermentador de biogás, se ejerce con ello una fuerte presión de selección positiva en las fracciones de algas planctónicas. Una parte de las extracciones puede también hacerse por este punto, si bien las extracciones deben por cierto efectuarse preponderantemente por medio de un tubo 9 que está situado en el vértice del cono invertido 5.

Con esta forma de funcionamiento todas las fracciones de biomasa de algas flotantes y sedimentables son además desplazadas de la periferia en dirección al centro.

2) Desde un tubo de rebose 8 montado en una ubicación central a la altura del nivel del agua 10 periódicamente se extrae y se elimina externamente una pequeña fracción. Con ello las fracciones de biomasa de algas flotantes (como p. ej. las especies con vesículas de gas tales como algunas cianobacterias) son sometidas a una fuerte presión de selección negativa y son con ello prácticamente eliminadas de manera cuantitativa del sistema.

3) Desde el vértice del cono invertido 5 se hacen a través del tubo 9 las extracciones preponderantes fuera del sistema para el adicional procesamiento externo de las mismas. Con ello actúa una fuerte presión de selección negativa en las fracciones de biomasa de algas sedimentables, que son con ello prácticamente eliminadas de manera cuantitativa.

Como resultado de la forma de funcionamiento anteriormente expuesta se produce una población de algas puramente planctónicas sin partes sedimentables o flotables dignas de mención. Está reconocido en el estado de la ciencia que un cultivo mixto planctónico de este tipo es el que alcanza los más altos rendimientos fotosintéticos. Para el uso de un cultivo planctónico de este tipo para la alimentación de un cultivo de zooplancton no es necesaria recolección alguna. También para el aprovechamiento como materia prima regenerativa (como complemento de maíz ensilado, por ejemplo) en instalaciones de generación de biogás en muchos casos no es necesaria recolección alguna.

Dentro del marco de una particular forma de realización de la invención se aportan periférica y tangencialmente a un tanque de algas de este tipo restos de fermentación que han fermentado y se han sedimentado (o bien también lodo pútrido de... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de cultivo masivo de cultivos mixtos de bacterias/algas exclusivamente planctónicas en tanques redondos planos abiertos provistos de equipos rascadores de fango (3) con aportación periférica de soluciones nutrientes (7) y con un cono invertido central de extracción con tres puntos de extracción, en el que para el cultivo de cultivos mixtos de bacterias/algas a través de un tubo central de rebose (22) se extraen periódicamente componentes flotantes, a través de un punto de extracción inferior (9) a la altura del fondo del cono invertido se extraen fracciones que se sedimentan y a través de un punto de extracción medio (6) que está situado entre el rebose y el punto de extracción inferior (9) se extrae del agua libre la fracción de bacterias/algas planctónicas y se la conduce de regreso a la periferia del tanque.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que se aportan periféricamente al tanque de algas restos de fermentación que han fermentado o lodos pútridos, que constan preponderantemente de bacterias estrictamente anaerobias, y después de haber esta fracción de biomasa llegado al cono invertido central la misma es extraída de ahí y conducida de regreso a la instalación de tratamiento anaerobio.

3. Procedimiento según la reivindicación 2 o 3, caracterizado por el hecho de que la cantidad de restos de fermentación aportados se regula por medio de la concentración de O2.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que la cantidad de ganancia planctónica para la preparación para una utilización en una instalación de tratamiento anaerobio es lavada por incorporación a una fracción de restos de fermentación que han fermentado.

5. Procedimiento de cultivo masivo de cultivos mixtos de bacterias/algas exclusivamente sedimentables en tanques redondos planos abiertos provistos de equipos rascadores de fango (3) con aportación periférica (7) de soluciones nutrientes y con un cono invertido central de extracción con tres puntos de extracción, en el que a través de un tubo central de rebose (8) se extraen periódicamente componentes flotantes y agua clarificada, a través de un punto de extracción inferior (9) a la altura del fondo del cono invertido se extraen fracciones que se sedimentan y sin la biomasa sobrante producida las mismas son conducidas de regreso a la periferia del tanque, y a través de un punto de extracción medio (6) que está situado entre el rebose y el punto de extracción inferior

(9) se extrae del agua libre la fracción de bacterias/algas planctónicas en cantidades tan grandes que la misma no puede establecerse.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que la fracción de agua clarificada es lavada pasándola a través de los restos de fermentación de una putrefacción y los restos de fermentación parcialmente desintegrados debido a ello son conducidos de regreso a la putrefacción.

7. Procedimiento según la reivindicación 5 o 6, caracterizado por el hecho de que la biomasa de algas sedimentada es enjuagada con la fracción de agua turbia de los restos de fermentación antes de ser conducida a la putrefacción.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por un enjuague de una fracción de aportación acuosa en una instalación de putrefacción con componentes sedimentables, y en particular con loco activado de instalaciones de depuración de aguas residuales, por parte de agua turbia de la salida de la instalación de putrefacción, antes de ser la misma conducida a la instalación de putrefacción.