Respirómetro portátil para diagnóstico en campo de cultivos biológicos aerobios.

Respirómetro portátil para diagnóstico en campo de cultivos biológicos,

que comprende una vasija única (1) provista de una tapa (2), medios de agitación y de aireación (5a, 5b, 3) y un sensor de oxígeno (4), donde el sensor es un sensor óptico, está provisto de un controlador propio (6) y los medios de agitación y aireación están integrados en la tapa de manera a extenderse hacia el interior de la vasija cuando la tapa se coloca sobre ésta.

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención está relacionada con el tratamiento de efluentes contaminantes que son depurados por tratamientos biológicos en una o varias etapas del proceso de remoción. En particular, la invención se refiere a un respirómetro portátil para diagnóstico en campo de cultivos biológicos aerobios, por ejemplo de cultivos usados en una estación depuradora de aguas residuales (EDAR).

ESTADO DE LA TÉCNICA

En el ámbito de la depuración de aguas residuales, tras la implantación de la directiva europea y su transcripción a la normativa española, se produjo un aumento muy importante en la construcción de EDARs en España. En particular, en los últimos 20 años se han construido 1.850 nuevas instalaciones, que producen un volumen de agua tratada del orden de 6,5 hm3 diarios. El origen de estas aguas es principalmente urbano {>60%); en menor porcentaje provienen de afluentes agrícolas e industriales. Las EDARs, consideradas como una instalación industrial, requieren de un sistema de gestión que les permita asumir estos afluentes bajo la premisa del cumplimiento de límite de vertido a los cauces receptores y asegurando además la eficiencia energética tanto del proceso como de la instalación.

De esta forma, la tendencia actual en la gestión eficiente de EDARs pasa por la evaluación de los sistemas de aireación para oxidación de la contaminación, los cuales suelen suponer entre un 60-70% de los costes totales. Hay que tener en cuenta que un sistema biológico consiste básicamente en un reactor que está agitado y oxigenado, y que su mantenimiento se lleva a cabo insuflando aire (78 % nitrógeno, 21 % oxígeno y otros) a través de turbocompresores conectados a difusores que son capaces de asimilar la contaminación de entrada. En el proceso existen por tanto dos etapas que resultan ineficaces: la primera debido al gasto energético para mover nitrógeno gas, que no tiene apenas efectos en el proceso y la segunda, debido a que

el coeficiente de transferencia sobre el oxígeno impulsado difícilmente alcanza un 10 %. Por lo tanto, medidas que ajusten la cantidad de oxígeno a la que realmente es necesaria se traducen en un enorme ahorro en costes de explotación. De esta forma, surge el respirómetro como herramienta natural capaz de identificar estas necesidades de oxígeno y de caracterizar el proceso real que está siendo llevado a cabo.

El principio de funcionamiento de un respirómetro es el de realizar una emulación del tratamiento de depuración que está teniendo lugar, partiendo del supuesto de que dicho tratamiento es homogéneo en el sentido de que se parte de la hipótesis de mezcla perfecta para la zona de estudio, por lo que un muestreo de un punto es representativo del proceso completo. Así, el respirómetro se compone convencionalmente de una vasija con un agitador y un sensor de oxígeno. Sobre esta base, se han realizado innumerables estudios y propuestas para determinar características del proceso. La más sencilla es la evaluación de la derivada primera de la medida del oxígeno, una vez que ha sido apagada la aireación, lo que indica la velocidad de utilización del oxígeno {VUO o OUR, por Oxygen Uptake Rate en inglés). El VUO proporciona al gestor de planta la cantidad de oxígeno por unidad de volumen y tiempo que su reactor está consumiendo, permitiendo así ajustar la potencia de aireación.

El campo de aplicación de la respirometría es muy extenso en el ámbito internacional, destacando entre ellos la investigación de los grupos de trabajo de la Intenatíonal Water Association (IWA). En nuestros días, estos esfuerzos realizados en laboratorio se están intentando acercar a la aplicación industrial mediante la fabricación de equipos comerciales para laboratorio. Dichos equipos pueden ser caracterizados en base a su capacidad de medición, considerando dos apartados:

Medida off-line. Requieren un proceso de toma de muestras, almacenamiento y transporte hasta el lugar de realización del análisis respirométrico. Por norma, suelen incluir dos reactores, uno de aclimatación de la muestra y otro de medición de la señal de oxígeno, contando con un amplio número de actuadores tanto para transporte del licor a medir hasta la cámara donde se encuentra los sensores, como para adición de reactivos o sustratos específicos. Esta categoría suele incluir la mayoría de los respirómetros que se encuentran en el mercado {ES2351125 y ES 2283171)

Medidas on-line\ Este tipo de equipos no requiere un proceso de muestreo y aclimatación, contando únicamente con la cámara de medida, si bien, requiere una instalación fija del equipo en las cercanías de las muestras a analizar, contando igualmente con un amplio número de actuadores para llenado, vaciado de la cámara de medida y purga de los sistemas de alimentación, así como sistemas de seguridad. En este caso, destaca la patente americana US 6905872, donde se presenta un respirómetro que incluye dos sensores de oxígeno, cada uno de ellos con su controlador. El primero inmerso en la muestra y el segundo al aire, evaluando la variación en la concentración de oxígeno en el volumen de la cámara de aireación no ocupada por la muestra. Dicho respirómetro es un sistema cerrado que consta de una única cámara que contiene, en la zona inferior, la muestra de fango y, en la zona superior aire en exceso. Una vez aislado, se extrae el aire, de forma continua, mediante una bomba peristáltica, que lo reinyecta a través de un difusor en el fango, evaluándose la pérdida global de oxígeno en el conjunto del sistema. Los sensores de medición del oxígeno en este tipo de respirómetros están basados en tecnología de membrana, que requiere calibración periódica que asegure la fiabilidad de la medida.

No existe, por tanto, un dispositivo que haga innecesario el transporte de muestras hasta el laboratorio y que permita la portabilidad, limpieza y uso sencillos, sin necesidad siquiera de calibración previa.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La invención tiene por objeto un respirómetro ligero y portátil para trabajos de gestión y evaluación de cultivos biológicos aerobios en suspensión, preferentemente en EDARs. Para ello, propone un respirómetro portátil para diagnóstico en campo de cultivos biológicos aerobios que comprende una vasija única provista de una tapa, medios de agitación y de aireación y un sensor de oxígeno, donde el sensor es un sensor óptico, está provisto de un controlador propio y los medios de agitación y aireación están integrados en la tapa de manera a extenderse hacia el interior de la vasija cuando la tapa se coloca sobre ésta.

La invención también incluye un subsistema independiente de la vasija pero conectable a la misma, con una bomba de aireación para los medios de aireación, una fuente de alimentación y una unidad central de gestión electrónica para la bomba, los medios de agitación y el controlador del sensor. La bomba puede ser del tipo membrana de corriente continua controlada por velocidad y puede estar provista de un silenciador. Preferente pero no necesariamente, la vasija es de metacrilato, los medios de aireación son un difusor poroso y los medios de agitación comprenden un motor asociado a un eje y unas palas, controlados por velocidad.

Gracias a estos elementos, el dispositivo de la invención es de tamaño y peso más reducido que los dispositivos del estado de la técnica, evitándose la necesidad de calibración, ofreciendo así mayor fiabilidad en los resultados y fácil control de los actuadores. Así, se cuenta con un instrumento portátil para la evaluación, en campo, del estado de la población bacteriana presente en los reactores biológicos encargados de llevar a cabo la reducción de la contaminación. Este hecho marca una gran diferencia con los modelos actuales que no pueden salir del laboratorio sin peligro de su integridad, o con grandes dificultades de transporte. El sistema es además de fácil limpieza, lo que permite que el aparato vuelva a estar operativo, bien para realizar un nuevo ensayo sobre la misma instalación, bien para su desplazamiento a otra.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña la siguiente descripción de un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo se ha representado lo siguiente:

La Figura 1 es una representación esquemática de una puesta en práctica de la invención

La Figura 2 es un respirograma resultante de una evaluación en planta mediante la invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN

En referencia a la figura 1, la invención incorpora una vasija de...

1.- Respirómetro portátil para diagnóstico en campo de cultivos biológicos aerobios que comprende:

una vasija única (1) provista de una tapa (2)

medios de agitación (5a, 5b) y de aireación (3)

un sensor (4) de oxígeno

caracterizado porque el sensor de oxígeno (4) es un sensor óptico, está provisto de un controlador propio (6) y los medios de agitación y aireación están integrados en la tapa de manera a extenderse hacia el interior de la vasija cuando la tapa se coloca sobre ésta.

2.- Respirómetro según la reivindicación 1 caracterizado porque comprende un subsistema independiente de la vasija pero conectable a la misma, donde el subsistema comprende una bomba de aireación (10) para los medios de aireación (3), una fuente de alimentación (20) y una unidad central de gestión electrónica (8) para la bomba, los medios de agitación (5a, 5b) y el controlador del sensor (6).

3.- Respirómetro según la reivindicación 2, caracterizado porque la bomba (10) es del tipo membrana de corriente continua controlada por velocidad.

4 - Respirómetro según cualquiera de las reivindicaciones 2 o 3 caracterizado porque la bomba (10) está provista de un silenciador (11).

5.- Respirómetro según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la vasija es de metacrilato.

6.- Respirómetro según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los medios de aireación (3) son un difusor poroso.

7.- Respirómetro según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los medios de agitación (5a, 5b) comprenden un motor asociado a un eje (5a) y unas palas(5b) y están controlados por velocidad.