Procedimiento de detección, medición y monitorización modular de concentración de CO2 y O2 para reactores de biodegradación.

Proceso de detección, medición y monitorización continua de la variación de la concentración de dióxido de carbono (CO2) y oxigeno (O2) presentes en la composición del gas generado durante el proceso de biodegradación de materiales orgánicos.

Este procedimiento se basa en la recirculación en circuito cerrado del gas mediante una bomba de aireación y un conjunto de detectores ubicado en un recinto cerrado y hermético.

PROCEDIMIENTO DE DETECCION, MEDICION y MONITORIZACION MODULAR DE CONCENTRACIONES DE C02 y 02 PARA REACTORES DE BIODEGRADACION

OBJETO DE LA INVENCION

La presente memoria descriptiva se refiere a una patente de invención relativa a un proceso de detección, medición y monitorización continua de la variación de la concentración de dióxido de carbono (C02) y oxigeno (02) presentes en la composición del gas generado durante el proceso de biodegradación de materiales orgánicos. Este procedimiento se basa en la recirculación en circuito cerrado del gas mediante una bomba de aireación y un conjunto de detectores ubicado en un recinto cerrado y hermético.

CAMPO DE LA INVENCION

La presente invención tiene su aplicación en aquellos casos en los que se necesite conocer el factor de biodegradabilidad de diferentes materiales como por ejemplo las pieles y cueros empleados en la industria del calzado y la marroquinería, o en cualquier otro proceso que tenga como subproducto final la formación de CO2 y la reducción del oxigeno O 2, presente en procesos cerrados.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

La determinación de la biodegradación se establece mediante la cuantificación del C02 producido durante la degradación del colágeno, principal constituyente de la piel.

Ante la inexistencia de una normativa específica que regule la medición de la biodegradabilidad de las pieles, se ha utilizado como referencia la normativa existente relativa a la biodegradación de plásticos, ASTM 05210-92: "Standard Method for determining the anaerobic degradation for the plastic materials in the presence of municipal sewage sludge". ASTM 05338-98 (2003) : "Standard Method for determining the aerobic degradation of plastic materials under controlled composition conditions", ISO 14851:1999: "Determination of the ultimate aerobic biodegradability of plastic materials in an aqueous medium -Method by measuring the oxygen demand in a closed respirometer", EN ISO 14852:2004: "Determination of the ultimate aerobic biodegradability of plastic materials in an aqueous medium -Method by analysis of evolved carbon dioxide", ISO/DIS 14853:2005: "Determination of the ultimate anaerobic biodegradability of plastics materials in an aqueous medium-Method by measurement of biogas production", EN ISO 14855:2004: "Determination of the ultimate aerobic biodegradability and disintegration of plastic materials under controlled composting conditions -Method by analysis of evolved carbon dioxide" y en particular la norma ASTM D5209-92: "Standard Method for determining the aerobic degradation for the plastic materials in the presence of municipal sewage sludge", que se refiere a la biodegradación de los plásticos y que incluye el uso de microorganismos en condiciones aeróbicas.

El proceso de curtición transforma la piel en un material resistente, duradero y útil para una gran variedad de aplicaciones, entre las que destacan, por su volumen de mercado, la fabricación de calzado y marroquinería. Sin embargo, esta demanda cada vez mayor de productos del cuero genera, por un lado, una actividad económica importante, y por otra parte, problemas de gran relevancia debidos a la gran cantidad de residuos producidos y el largo tiempo necesario para que estos materiales se degraden completamente, principalmente por el uso de compuestos de cromo en los procesos de curtido.

Durante la curtición, la piel se transforma en un producto que aprovecha su estructura fibrosa, entrelazando las fibras de colágeno mediante enlaces químicos. Una vez formados estos enlaces, la piel es estable al ataque bacteriano, haciendo del producto final, el cuero, un material en principio muy resistente a ser biodegradado. Considerando que la vida media de una piel curtida está entre 25 y 40 años, la acumulación de estos residuos en vertederos y la gestión de su eliminación suponen un alto coste económico y ambiental.

Es este hecho el que pone de manifiesto la vital importancia de encontrar un método para minimizar el problema. El uso en la fabricación de cueros de productos que permitieran el posterior tratamiento de sus residuos sólidos, tanto industriales como urbanos, mediante técnicas de biodegradación o compostaje, supondría una reducción importante de este tipo de residuos.

En la actualidad, uno de los inconvenientes que se presentan al evaluar nuevos métodos de curtición es la larga duración del test, normalmente por compostaje, y del orden de unos 6 meses, necesario para averiguar si estos materiales tienen efectivamente una mayor degradabilidad. En este sentido, la presente invención desarrolla un método que permite evaluar la cuantificación de la biodegradación de curtidos y la potencialidad de un determinado tipo de cuero para degradarse en un espacio de tiempo más reducido, aproximadamente 30 a 35 días, de modo más rápido y en condiciones controladas a través de un equipo de biodegradación que resuelve la problemática antes descrita, permitiendo medir la biodegradabilidad del cuero, así como, posteriormente, estimar el grado de biodegradabilidad de las pieles en función de los diferentes sistemas de curtición que se utilizan en la actualidad.

El solicitante no tiene conocimiento que exista un procedimiento de medición como el de la presente invención, aunque existen diferentes sistemas empleados para la medición de la biodegradación que siguen la normativa vigente antes mencionada. El principio de la metodología de cuantificación de la norma ASTM D5209-92 está basado en la cuantificación indirecta del C02 por hidróxido de bario en sistemas abiertos. La cuantificación indirecta por hidróxido de bario fue desarrollada como un sistema abierto de medida del C02 producido durante el proceso de biodegradación por microorganismos aeróbicos. Este sistema funciona de tal forma que el aire se burbujea a través de matraces colocados en serie (matraces de pretratamiento) que atrapan el dióxido de carbono residual de la corriente de aire para, posteriormente, dividirse en unas líneas controladas por válvulas que permiten el control de caudal independiente, que abastecen a su vez a una serie de matraces de reacción. La salida de cada uno de estos ocho matraces está conectada directamente a otros matraces en serie (matraces de análisis) . En este sistema, el aire libre de C02 entra y sale de forma continua en unos matraces de ensayo, donde los microorganismos, en presencia de O2, convierten la piel en biomasa, agua y C02. El C02 producido durante este proceso es atrapado por el hidróxido de bario, Ba (OH2) presente en los frascos colectores posicionados en la salida de los matraces de ensayo.

La cantidad de C02 producido se determina por valoración del hidróxido de bario sobrante con una disolución de ácido clorhídrico. La evaluación de la biodegradación se hace por la medida indirecta del C02 generado en función del tiempo, y calculando el grado de biodegradabilidad por la diferencia del contenido de C02 producido durante el proceso y el máximo CO2 teórico (calculado por el porcentaje de C12 en gramos, presente en la muestra) .

El largo tiempo de ensayo y a las pequeñas cantidades de C02 producidos por hora de ensayo, determina la necesidad de cuantificar el CO2 generado por los microorganismos solamente una vez al día lo que implica que los resultados sobre la biodegradabilidad de un material no pueden ser concluyentes hasta transcurridos elevados periodos de tiempo como hemos indicado anteriormente.

Otros sistemas para el cálculo de la biodegradación se basan en la medición del C02 existente en combinación con el pH de la mezcla líquida generada en la reacción. La medición se realiza por medio de sensores de C02 para medios líquidos, es decir, sensores que están en contacto con el líquido y estas técnicas están incluidas en varios sistemas comerciales.

En resumen, existen variados procedimientos para la medición de la biodegradación que utilizan para su estimación diferentes técnicas como las descritas anteriormente y otras como las basadas en la medición diferencial de ultrasonidos, aparatos electrónicos que incluyen un LCO o sistemas complejos de monitorización de datos en los que intervienen varios sensores y multitud de variables.

El objeto que la presente invención desarrolla es un procedimiento y los instrumentos o aparatos necesarios, basado en la detección del CO2 por infrarrojo, y de oxigeno para medir la biodegradabilidad de los materiales, en particular del cuero, así como la biodegradabilidad de las pieles en función de las diferentes técnicas de curtición utilizadas actualmente. Este procedimiento reduce considerablemente el tiempo de duración de los test, permite una gran estabilidad de la calibración en largos periodos de tiempo, resuelve...

1. Procedimiento de detección, medición y monitorización modular de concentraciones de C02 y 02 para reactores de biodegradación caracterizado por consistir en un módulo o varios módulos constituidos por un matraz o unidad de reacción, una bomba de impulsión de gas (bomba de membrana) para la recirculación unidireccional del gas en el recinto o recipiente de reacción y de un sensor de dióxido de carbono (C02) , un sensor de Oxigeno. (02) , un sensor de temperatura, un sensor de presión diferencial y medios electrónicos para el acondicionado, captura, tratamiento matemático, almacenamiento y representación gráfica de las señales eléctricas proporcionadas por los sensores, en un recinto cerrado y hermético.

2. Procedimiento de detección, medición y monitorización modular de concentraciones de C02 y 02 para reactores de biodegradación conforme a la reivindicación primera caracterizado porque el sensor de concentración de CO2, en gases se basa en la detección por medida diferencial de absorción infrarroja (IR) del dióxido de carbono CO2.

3. Procedimiento de detección, medición y monitorización modular de concentraciones de C02 y 02 para reactores de biodegradación conforme a la reivindicación primera caracterizado por un dispositivo regulador para adecuar el caudal de gas en recirculación que debe ser introducido al elemento detector de concentración de C02en gases.

4. Procedimiento de detección, medición y monitorización modular de concentraciones de CO2 y O2 para reactores de biodegradación conforme a la reivindicación primera caracterizado porque los módulos por los que está constituido están cerrados herméticamente y son independientes entre sí en un único aparato o maquina portátil. Cada modulo realiza un análisis simultaneo e independiente por lo que pueden emplearse varios matraces o unidades de reacción por ensayo realizado o la realización de diferentes ensayos variando el producto o material y/o el medio de cultivo.

Fig 1.

U.R Unidad de reacción 1 Reactor 2 Difusor de aireación 3 Recinto hennético 4 Detector de C02 S Detector de 02 6 Bomba de aireación 7 Unidad de control 8 Unidad de captura y

tratamiento de señales 9 Sistema informático de monitorización y almacenamiento de datos

Fig 2.

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Y SENSOR

Fig 3.

Elemento regulador de

Bomba de caudal

Matraz re cÍfculacíón Sensor CO:;! yO:;!

unidad de reaccion Modulo

Fig 4.

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Fig 8