Determinación de grosor de biopelícula en un reactor de biopelícula soportada en membrana.

Un método para evaluar el grosor de biopelícula en un reactor de biopelícula soportada en membrana (MSBR) del tipo que comprende un paso interno que contiene una fase gaseosa,

una fase liquida y una membrana permeable a gases que proporciona una interfaz entre la fase gaseosa y la líquida, el método comprende las etapas de:

- carga el paso interno en un gas inerte.

- cerrar el paso interno para establecer una presión elevada inicial en el paso interno;

- medir la velocidad del cambio de presión dentro del paso interno; y

- poner en correlación la velocidad del cambio de presión (dP/dt) con el grosor de la biopelícula.

Determinación de grosor de biopelfcula en un reactor de biopelfcula soportada en membrana.

Introducciónº

La invención esta relacionada con un metodo para evaluar el grosor de biopelfculas en un reactor de biopelfculas soportadas en membrana. La invención tambien esta relacionada con un reactor de biopelfculas soportadas en membrana.

El principio de funcionamiento de un reactor convencional de biopelfculas soportadas en membrana se muestra en la Figura 1 (comparativa) . Unas aguas residuales líquidas que contienen contaminantes organicos estan en contacto con una biopelfcula (2) , que esta soportada por una membrana (3) permeable a gases. El paso interno (4) de la membrana contiene aire, gas de oxígeno puro, hidr6geno u otro gas que sirva y un donante o aceptador de electrones cuando se utiliza para oxidar o reducir determinados contaminantes. El oxígeno u otros gases pueden penetrar a traves de la membrana por un proceso de difusión molecular. La membrana proporciona una superficie de soporte para la biopelfcula y permite al oxígeno u otros gases ser suministrados a la biopelfcula sin formación de burbujas. El reactor puede consistir en una serie de membranas tubulares (a veces se conocen como una unidad de fibra hueca) . El numero de fibras puede ajustarse para proporcionar un area superficial deseada para el crecimiento de biopelfculas.

El grosor de la biopelfcula variara con el tiempo, pero se desea que este entre 200 y 800 micr6metros. Es necesario garantizar que el grosor de la biopelfcula no supere el grosor deseado con el fin de evitar el bloqueo del reactor hueco de fibra. Con el fin de cuantificar el grosor de la biopelfcula y medir el efecto del grosor de la biopelfcula sobre las prestaciones del biorreactor, el solicitante ha descrito anteriormente un reactor de fibra hueca de un solo tubo, mostrado en la Figura 2 (comparativa) , que muestra la biopelfcula (6) en contacto con las aguas residuales (5) . En esta configuración es posible medir el grosor de la biopelfcula mediante un simple metodo óptico a traves de la unidad de membrana de paredes de cristal (Casey, E., B. Glennon, and G. Hamer, 0xygen mass transfer characteristics in a membrane-supported biofilm reactor. Biotecnologfa y bioingenierfa, 1999. 62 (2) : p. 183-192) . Sin embargo, este metodo sólo es adecuado para un sistema de escala de laboratorio y no es adecuado para una realización comercial del reactor. Dado que el grosor de la biopelfcula puede superar el grosor deseado es importante poder determinar el grosor y en un tiempo deseado.

Un objetivo de la invención es superar por lo menos uno de los mencionados problemas.

Declaraciones de la invención En terminos generales, la invención esta relacionada con un metodo para la medición del grosor de una capa de biopelfcula formada sobre una membrana de un reactor de biopelfcula soportado en membrana (MSBR, membrane supported biofilm reactor) . Estos son reactores para el tratamiento de aguas residuales líquidas para eliminar contaminantes carbonosos, nitrificar/desnitrificar los contaminantes y/o realizar biotratamiento xenobiótico de los constituyentes de las aguas residuales, y por lo general emplean una membrana permeable a aire/oxígeno/hidr6geno que proporciona una interfaz entre el fluido que se va a tratar (fase fluida) y un suministro de aire/oxígeno/hidr6geno (fase gaseosa) . Tfpicamente, una biopelfcula que consiste en una población heterogenea de bacterias (por lo general incluye bacterias nitrificantes, desnitrificantes y heter6trofas) crece sobre el lado de fase fluida de la biopelfcula. En el uso, un elemento gaseoso aceptador o donante de electrones, por lo general un gas que contiene oxígeno tal como aire, oxígeno o hidr6geno, es cargado en la fase gaseosa con lo que parte del aire/oxígeno/hidr6geno se difunde a traves de la membrana permeable a la biopelfcula en la que es empleado por las bacterias en uno o mas de los procesos mencionados anteriormente. Los gases residuales de la biopelfcula (es decir C02) pasan de nuevo al fluido y pasan a la fase gaseosa a traves de la membrana. La invención esta relacionada con un metodo para la medición de grosor de biopelfculas que emplea a la velocidad de cambio de presión intramembrana como variable de diagnóstico del grosor de las biopelfculas. El metodo generalmente implica cerrar la fase gaseosa (de tal manera que el aire/oxígeno/hidr6geno ya no esta en flujo a traves de la fase gaseosa) y establecer una presión elevada en la fase gaseosa cerrada (presión superior a la atmosferica) . Tfpicamente, la fase gaseosa sera cargada con un gas inerte tal como el arg6n antes de cerrar la fase gaseosa. Unos medios de medición sensibles a la presión toman entonces una medición de la velocidad de cambio de la presión intramembrana (dP/dt) en estas condiciones, y luego esto se pone en correlación con el grosor de la biopelfcula.

Segun la invención, se proporciona un metodo segun la reivindicación 1 para evaluar el grosor de biopelfculas en un reactor de biopelfcula soportada en membrana (MSBR) del tipo que comprende un paso interno que contiene una fase gaseosa, una fase líquida y una membrana permeable a gases que proporciona una interfaz entre la fase gaseosa y la líquida, el metodo comprende las etapas de:

- cargar opcionalmente el paso interno con un gas inerte;

- establecer una presión inicial elevada en el paso interno;

-medir la velocidad del cambio de presión (dP/dt) dentro del paso interno; y

-poner en correlación la velocidad del cambio de presión (dP/dt) con el grosor de la biopelfcula.

Tfpicamente, la etapa de establecer una presión inicial elevada en el paso interno implica una etapa inicial de cierre del paso interno.

En una realización de la invención, la etapa de poner en correlación dP/dt con el grosor de la biopelfcula implica:

-poner en correlación dP/dt con la velocidad de difusión del gas inerte (dn/dt) ;

-poner en correlación dn/dt con un coeficiente de transferencia de masa global (K) ;

-poner en correlación K con el coeficiente de transferencia de masa de la biopelfcula (kB) ; y

-poner en correlación kB con el grosor de la biopelfcula.

El metodo de la invención puede aplicarse a cualquier tipo de reactor de biopelfculas conectadas a membrana, incluidos un reactor de biopelfculas de membrana basadas en hidr6geno (en donde el elemento gaseoso comprende hidr6geno) o un biofiltro de membrana. Este metodo es especialmente adecuado para los MSBR de fibra hueca en los que la fase gaseosa se encuentra contenida en fibras huecas que tienen un paso interno a traves de las que pasa el elemento gaseoso aceptador de electrones, por lo general a presión elevada.

La velocidad de cambio de la presión dentro del paso interno se mide utilizando un transductor de presión, especialmente un transductor de presión capaz de medir la presión en un intervalo de 0 a 10 bar, de 0 a 5 bar, 0 a 2 bar e idealmente de 0 a 1 bar, manometricos. En una realización preferida de la invención, el transductor de presión es capaz de medir la presión en el intervalo 0, 1 a 2, 0 bar, idealmente de 0, 1 a 1, 0 bar. Ejemplos de transductores de presión adecuadamente sensibles incluyen sensores de flexión mecanica, sensores basados en galgas extensiometricas o sensores de capacitancia variable, los expertos en la tecnica conoceran los detalles de los mismos.

En una realización en la que la fase gaseosa se carga con gas inerte, el gas inerte se selecciona preferiblemente del grupo que comprende: arg6n, helio, ne6n, criptón, xenón y radón.

En una realización preferida de la invención, la fase gaseosa comprende un gas que contiene oxígeno. Idealmente el gas que contiene oxígeno es oxígeno o aire.

Tfpicamente, la presión inicial elevada en el paso interno es de por lo menos 0, 01 bar, adecuadamente de 0, 01 a 10 bar, típicamente de 0, 05 a 5 bar, y preferiblemente de 0, 1 a 1, 0 bar. Idealmente, la presión inicial elevada en el paso interno es de por lo menos 0, 01, 0, 02, 0, 03, 0, 04, 0, 05, 0, 06, 0, 07, 0, 08, 0, 09 o 0, 1 bar. Adecuadamente, la presión inicial elevada en el paso interno no es mayor de 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 o 1 bar. El termino "presión inicial elevada" debe interpretarse como la lectura inicial de presión utilizada en el calculo de dP/dt.

La invención tambien esta relacionada con un metodo de funcionamiento de un reactor de biopelfculas soportadas en membrana que comprende la etapa de evaluar periódicamente el grosor de las biopelfculas en el reactor usando un metodo de la invención y, opcionalmente, iniciar un procedimiento de limpieza para eliminar el exceso de biopelfcula cuando se determina que el grosor de la biopelfcula es superior a un valor umbral de grosor.... [Seguir leyendo]

1. Un metodo para evaluar el grosor de biopelfcula en un reactor de biopelfcula soportada en membrana (MSBR) del tipo que comprende un paso interno que contiene una fase gaseosa, una fase líquida y una membrana permeable a gases que proporciona una interfaz entre la fase gaseosa y la líquida, el metodo comprende las etapas de: -cargar el paso interno con un gas inerte; -cerrar el paso interno para establecer una presión elevada inicial en el paso interno; -medir la velocidad del cambio de presión dentro del paso interno; y -poner en correlación la velocidad del cambio de presión (dP/dt) con el grosor de la biopelfcula.

2. Un metodo segun la reivindicación 1, en el que la etapa de poner en correlación dP/dt con el grosor de la biopelfcula implica: -poner en correlación dP/dt con la velocidad de difusión del gas inerte (dn/dt) ; -poner en correlación dn/dt con un coeficiente de transferencia de masa global (K) ;

-poner en correlación K con el coeficiente de transferencia de masa de la biopelfcula (kB) ; .

15. poner en correlación kB con el grosor de la biopelfcula.

3. Un metodo segun la reivindicación 1 o 2 en el que el MSBR es un reactor de fibra hueca.

4. Un metodo segun cualquier reivindicación anterior en el que la velocidad de cambio de la presión dentro del paso interno se mide utilizando un transductor de presión.

5. Un metodo para hacer funcionar un reactor de biopelfculas soportadas en membrana que comprende las

etapas de evaluar periódicamente el grosor de las biopelfculas en el reactor usando un metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 e iniciar un procedimiento de limpieza para eliminar el exceso de biopelfcula cuando se determina que el grosor de la biopelfcula es superior a un valor umbral de grosor.

6. Un metodo segun la reivindicación 5, en el que el valor umbral de grosor para la biopelfcula es la profundidad de penetración del aceptador de electrones o donante de electrones.

7. Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 5 a 6, que emplea un procesador adaptado para: -recibir lecturas de presión desde el transductor de presión; -calcular el valor de dP/dt; -poner en correlación el valor de dP/dt con el valor de grosor de una biopelfcula; -comparar el valor de grosor de la biopelfcula con un valor umbral de grosor preestablecido; y

-activar un procedimiento de limpieza cuando el valor de grosor de la biopelfcula se encuentra por encima del valor umbral de grosor preestablecido.

8. Un reactor de biopelfculas soportadas en membrana (RMID) del tipo que comprende una membrana permeable a gases que proporciona una interfaz entre un paso interno que contiene una fase gaseosa, y una fase líquida, caracterizado porque el MSBR comprende unos medios para inundar el paso interno con un gas inerte, unos medios para cerrar y volver a abrir el paso interno, unos medios de detectar la presión intramembrana dentro del paso interno, y unos medios de procesamiento adaptados para poner en correlación los cambios de presión intramembrana con el grosor de la biopelfcula.

9. Un MSBR segun la reivindicación 8 en el que los medios para detectar la presión intramembrana son proporcionados por un transductor de presión.

10. Un MSBR segun la reivindicación 8 o 9, en el que una membrana permeable a gases es en forma de una fibra hueca en la que la fase gaseosa se encuentra situada en el paso interno de la fibra.

11. Un MSBR segun cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10 en el que los medios de procesamiento estan adaptados para:

-recibir lecturas de presión desde los medios de detección de presión;

- calcular el valor de dP/dt; y -poner en correlación el valor de dP/dt con el valor de grosor de una biopelfcula.

12. Un programa informatico que comprende instrucciones de programa para hacer que un ordenador realice el metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

13. Un sistema implementado en ordenador para evaluar el grosor de biopelfcula en un reactor de biopelfcula soportada en membrana (MSBR) del tipo que comprende un paso interno que contiene una fase gaseosa, una fase líquida y una membrana permeable a gases que proporciona una interfaz entre la fase gaseosa y la líquida, el sistema comprende:

- unos medios para cargar el paso interno con un gas inerte;

-unos medios para cerrar el paso interno para establecer una presión elevada inicial en el paso interno;

- unos medios para medir la velocidad del cambio de presión dentro del paso interno; y

- unos medios para poner en correlación la velocidad del cambio de presión (dP/dt) con el grosor de la biopelfcula.

14. Un sistema implementado en ordenador segun la reivindicación 13 y que comprende:

-unos medios para poner en correlación dP/dt con la velocidad de difusión del gas inerte (dn/dt) ; -unos medios para poner en correlación dn/dt con un coeficiente de transferencia de masa global (K) ; -unos medios para poner en correlación K con el coeficiente de transferencia de masa de la biopelfcula (kB) ;

y -unos medios para poner en correlación kB con el grosor de la biopelfcula. 20 15. Un sistema implementado en ordenador segun la reivindicación 13 o 14 y que incluye ademas unos medios para accionar un procedimiento de limpieza de biopelfcula cuando el grosor medido de la biopelfcula es superior a un valor umbral de biopelfcula.