ES2141702T3 - Biogenerador automatizado. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN SISTEMA Y UN PROCEDIMIENTO AUTOMATIZADOS PARA CULTIVAR BACTERIAS EN UN MEDIO FLUIDO Y, POSTERIORMENTE, DESCARGAR DICHO MEDIO FLUIDO, EN EL CUAL SE COMBINA UN SUMINISTRO INICIAL DE LA CEPA O CEPAS SELECCIONADAS DE BACTERIAS CON NUTRIENTES Y AGUA EN UN BIOGENERADOR, EN PRESENCIA DE AIRE, PARA FAVORECER LA MEZCLA Y EL CULTIVO BACTERIANO. EL SISTEMA Y PROCEDIMIENTO DESCRITO UTILIZA UN VORTEX CREADO POR RECIRCULACION DEL MEDIO FLUIDO, PARA LOGRAR AIREACION Y MEZCLA SIN ESPUMADO SUSTANCIAL. EL SISTEMA Y PROCEDIMIENTO DESCRITOS SON ESPECIALMENTE UTILES PARA SUMINISTRAR BACTERIAS DESTINADAS AL CONTROL DE LA ACUMULACION DE GRASA EN INTERCEPTORES DE GRASA DE RESTAURANTES.

Description

Biogenerador automatizado.

Campo técnico

La presente invención se refiere a sistemas de cultivo y dispensación de bacterias, y más particularmente a un sistema automático de cultivo y dispensación de bacterias que resulta útil para incubar bacterias a partir de una población inicial para producir una población de utilidad en un intervalo prefijado y para después dispensar suficientes bacterias para llevar a cabo una utilidad deseada. Una utilidad preferente para el sistema que se da a conocer es la eliminación de grasa en interceptores de grasa en establecimientos comerciales de preparación de alimentos.

Antecedentes de la invención

En el medio ambiente, las bacterias trabajan constantemente degradando de manera natural los materiales orgánicos. Este proceso natural generalmente provoca que algunos materiales orgánicos se descompongan finalmente en dióxido de carbono y agua. Bajo condiciones normales, la competencia por los recursos, la disponibilidad limitada de nutrientes y los enemigos naturales pueden combinarse para inhibir el crecimiento rápido de las bacterias. Mediante el aislamiento de cepas seleccionadas de bacterias y proporcionándoles su fuente de alimento preferida, puede hacerse que se multipliquen a una tasa muy elevada. De esta manera puede producirse una cantidad grande de bacterias en un periodo de tiempo relativamente corto. Las bacterias a continuación pueden utilizarse en una amplia variedad de aplicaciones en las que la degradación de los materiales orgánicos resulte
deseable.

Una aplicación en la que la degradación de materiales orgánicos resulta particularmente útil es en el mantenimiento de los interceptores de grasa. Éstos resultan necesarias en casi todas las instalaciones comerciales que se deshacen de grasas líquidas o sólidas a través de un sistema de alcantarillado. Los interceptores de grasa generalmente presentan una capacidad entre aproximadamente cinco y varios miles de galones. La mayor parte de las cocinas de comida rápida se encuentran equipadas con interceptores de grasa de aproximadamente 1.000 galones. El sistema de desagües utilizado para los interceptores de grasa generalmente se encuentra separado de los desagües que evacúan los productos residuales de los aseos, el agua potable ya utilizada, etc. Los interceptores de grasa tienden a acumular no sólo aceites y grasas, sino también diversos materiales residuales orgánicos, tales como almidones y productos residuales de origen vegetal. Normalmente también se introduce un flujo significativo de aguas residuales en el sistema separado de desagües de los interceptores de grasa procedente de los desagües de cocina en los que con frecuencia se encuentran grasas. Para evitar que las aguas residuales laven las grasas hacia el sistema de alcantarillado municipal, los interceptores de grasas se diseñan con una serie de presas que atrapan la grasas dentro de un recipiente de contención y permiten que las aguas residuales pasen a través del recipiente hasta la instalación municipal de tratamiento.

Sin embargo, resulta inevitable que parte de la grasa en el interceptor pase aguas abajo del restaurante hacia el sistema de alcantarillado municipal. Ello no provoca problemas si la cantidad de grasa que alcanza el sistema de alcantarillado se mantiene a niveles bajos. La mayoría de las normas municipales restringen la liberación de grasa al alcantarillado a aproximadamente 250 ppm o menos. Si cantidades significativas de grasa alcanzan el sistema de alcantarillado, la grasa puede provocar atascos en las tuberías municipales. Cuando esto ocurre, el interceptor de grasa puede desbordarse hacia la calle, causando problemas sanitarios. Las brigadas municipales de mantenimiento con frecuencia tienen que desenterrar las tuberías de debajo de la calle con el fin de desatascarlas. El coste de este procedimiento típicamente se repercute sobre el restaurante que vertió las grasas. Es habitual que el restaurante también deba pagar una multa. En el caso de infracciones repetidas, los atascos pueden resultar en la clausura de las insta-
laciones.

Con el fin de evitar dichos problemas, la práctica actual es recoger periódicamente la grasa sólida que flota sobre la parte superior del interceptor de grasa. Además, cada cuatro a ocho semanas, una empresa de mantenimiento debe retirar la grasa y otros materiales sólidos que se han depositado y acumulado en el fondo del interceptor de grasa y limpiar con vapor las paredes y presas. El coste de este servicio varía dependiendo de la región geográfica y del contrato acordado entre el propietario del restaurante y la empresa de mantenimiento, pero con el tiempo resulta sustancialmente superior al que supone el sistema y procedimiento que se dan conocer en la presente memoria. Si el interceptor de grasa no se vacía por bombeo con regularidad, la capa de grasa puede llegar a formar una corteza tan gruesa que bloquee la línea de entrada al interceptor de grasa, provocando que las aguas residuales fluyan de vuelta hacia la instalaciones. Este flujo de retorno puede exigir el cierre del restaurante o de las instalaciones hasta la resolución del problema. Debido a la posibilidad de multas y de cierre provisional o permanente, el mantenimiento de los interceptores de grasa resulta de gran importancia para los propietarios de los establecimientos comerciales de preparación de alimentos.

En la actualidad existen varios productos en el mercado que supuestamente reducen el número de vaciados necesarios. Muchos de estos productos se basan en disolventes o son detergentes que contienen enzimas y que supuestamente hacen que no resulte necesario el mantenimiento de los interceptores de grasa. Aunque muchos de estos disolventes o detergentes disuelven la grasa en el interceptor, la grasa licuada con frecuencia solidifica nuevamente algunos pies más abajo en las tuberías de desagüe, bloqueando de esta manera el flujo de aguas residuales.

Otro dispositivo conocido para tratar los interceptores de grasas hace uso de bacterias en un intento de digerir la grasa. El dispositivo incluye un cubo de cinco galones que contiene un gel bacteriano. El agua fluye en continuo a través del cubo y hacia el sistema de desagües. Una desventaja de este dispositivo es que la mayor parte de las bacterias se introduce en el interceptor de grasa durante los periodos de actividad elevada en la cocina. El volumen de aguas residuales que fluye a través del interceptor de grasa lava la mayoría de las bacterias del interceptor de grasa y hacia el sistema de alcantarillado antes de que puedan digerir la grasa. Además, un interceptor de grasa típico generalmente es un ambiente adverso para el rápido crecimiento de las bacterias debido a la falta de oxígeno, así como por la presencia de contaminantes tales como detergentes y compuestos químicos antibacterianos utilizados en las operaciones de
limpieza.

Otro tratamiento conocido es la introducción de bacterias en estado de conservación dentro del interceptor de grasa. Este tipo de bacteria generalmente se encuentra en forma de unos polvos secos que consisten en esporas bacterianas inactivas. Antes de que pueda ocurrir el crecimiento de las colonias bacterianas, estas esporas inactivas deben pasar por un periodo de incubación antes de formar células vegetativas activas. Este proceso presenta una duración aproximada de 6 horas. Si las esporas se introducen en el interceptor de grasa antes de concluir este periodo, la mayor parte de las bacterias resultarán lavadas del interceptor de grasa antes de que pueda producirse la digestión.

Otro procedimiento conocido para el mantenimiento de los interceptores de grasa es cultivar grandes cantidades de bacterias activas fuera del sitio de instalación utilizando un suministro de aire filtrado, agua destilada y una cámara de cultivo especialmente diseñada para ello. Sin embargo, la gran cantidad de bacterias necesaria para digerir suficientemente la grasa en el interceptor no ha resultado asequible debido a que los volúmenes grandes de bacterias resultan caros de producir y difíciles de transportar.

Los dispositivos de la técnica anterior que se han dado a conocer que resultan útiles para la aireación de un medio de cultivo en un tanque, recipiente o contenedor para promover la fermentación o el crecimiento bacteriano se dan a conocer, por ejemplo, en las patentes estadounidenses nº 4.051.204, nº 4.426.450, nº 4.883.759 y nº 4.888.294.

La patente US nº 5.369.032 da a conocer un aparato para la preparación, en un establo de engorde de ganado, de una suspensión concentrada de bacterias anaeróbicas a una concentración exacta conocida y para el almacenamiento de la suspensión preparada durante periodos prolongados en estado listo para utilizar sin pérdidas significativas de viabilidad. Se hace funcionar un mezclador excéntrico a velocidad elevada durante la adición de bacterias con el fin de facilitar la dispersión y posteriormente se hace funcionar periódicamente.

La patente US nº 4.244.815 da a conocer un procedimiento y un aparato para la purificación de aguas efluyentes que contienen contaminantes orgánicos mediante un proceso de oxidación biológica rápida caracterizado porque el líquido a purificar se introduce en un tanque que contiene un líquido que presenta una concentración de biomasa elevada que después se recircula hasta que las impurezas se retiran en forma de fango.

La patente DE nº 195 07 456 A1 da a conocer un aparato y un procedimiento para el cultivo continuo de organismos aeróbicos a densidad celular elevada en un reactor vórtex en el que se inyecta tangencialmente un medio líquido en la parte superior del reactor. Se proporciona aireación mediante un eductor situado corriente arriba de la línea de entrada tangencial y/o mediante distribuidores de gas perforados subsuperficialmente.

La patente EP nº 130499 da a conocer un dispositivo para el tratamiento biológico de aguas residuales en un tanque vertical con un sobreflujo sobre la cubierta externa que define el espacio para el líquido y el gas. Las aguas residuales se inyectan a través de una boquilla por debajo del nivel de líquido hacia el interior de un cilindro-guía dentro del cual descienden y circulan en un bucle.

La patente US nº 4.832.848 da a conocer una torre diseñada para mejorar la dispersión de aire u oxígeno en aguas residuales líquidas o en fangos. La torre incluye una pluralidad de cámaras anulares verticalmente apiladas dispuestas alrededor de un conducto de retorno vertical. Las aguas residuales se bombean hacia el interior de la cámara del fondo en combinación con aire presurizado y suben en espiral hasta que alcanzan la primera barrera horizontal. A continuación, la mezcla dispersada fluye hacia arriba, entrando en la siguiente cámara situada encima a través de conductos y se descarga tangencialmente mediante codos reguladores. Al alcanzar la cámara del extremo superior, la mayor parte del líquido pasa a través de boquillas hacia el interior de un conducto vertical central a través del cual fluye hacia abajo hasta las tomas de admisión de las bombas de recirculación. Debido a que la fracción gaseosa tiende a separarse y acumularse en la cámara más elevada, una gran parte de la misma se canaliza hacia el interior de un receptáculo superior en el que se reduce la presión hasta la presión atmos-
férica y se libera hacia el exterior gran parte del gas.

La patente US nº 3.220.706 da a conocer un sistema de tratamiento de aguas residuales y más particularmente un tanque de aireación de utilización en dicho sistema. Las aguas residuales se introducen en el tanque de aireación a través de boquillas de entrada tangenciales y se suministra aire presurizado a las aguas residuales en circulación a través de un anillo de cabezal y boquillas dirigidas hacia arriba. Los efectos combinados de la velocidad del aire dirigido hacia arriba y del movimiento circular del líquido en el tanque provocado por la entrada tangencial del líquido en el mismo produce un movimiento en espiral hacia arriba de líquido y aire.

La patente GB nº 2.162.195 A da a conocer un aparato y un procedimiento para la fermentación anaeróbica de material residual orgánico capaz de biodegradarse en productos gaseosos útiles. El aparato consiste en una disposición de múltiples tanques que presentan una membrana o cubierta flexible unida fijamente a la parte superior para recoger los productos gaseosos. La disposición de múltiples tanques define un camino tortuoso para el material residual orgánico que permite que transcurra suficiente tiempo para que tenga lugar la fermentación.

Sumario de la invención

La presente invención comprende un sistema de biogeneración automatizado para la producción y dispensación de concentrados líquidos de bacterias activas a intervalos prefijados. De acuerdo con una forma de realización preferente de la invención, las bacterias producidas de esta manera pueden utilizarse para digerir material orgánico en un interceptor de grasa y para reducir la frecuencia de los vaciados necesarios. El sistema y procedimiento de la invención también puede utilizarse para suministrar bacterias para muchas otras aplicaciones útiles, tal como se da a conocer posteriormente.

Se da a conocer un procedimiento para cultivar y descargar selectivamente bacterias, en el que agua y una cantidad prefijada de una mezcla en polvo de bacterias deshidratadas de "inóculo" y uno o más nutrientes apropiados se introducen automáticamente en una cámara de biogeneración con el fin de cultivar y multiplicar rápidamente las bacterias seleccionadas. Pueden utilizarse múltiples cepas de bacteria, con la condición de que el conjunto de nutrientes esté diseñado para dar soporte a cada una de las múltiples cepas. Se suministra aire presurizado a la cámara para dar soporte a la reproducción de bacterias aeróbicas y deseablemente se introduce de acuerdo con un procedimiento especial, utilizando un vórtex que controla la producción de espuma en el interior de la cámara de biogeneración. Tras introducir la mezcla en la cámara de biogeneración, se permite el crecimiento y reproducción de las bacterias durante un periodo de tiempo deseado, tal como aproximadamente 24 horas, retirando simultáneamente y en continuo líquido del fondo de la cámara, recirculándolo con una bomba y reintroduciéndolo en la cámara en un flujo dirigido tangencialmente con el fin de crear el vórtex deseado. Al final de periodo de cultivo, las bacterias activas se descargan preferentemente de la cámara de biogeneración a otro recipiente de contención o, más preferentemente, directamente a un sitio de utilización, tal como un interceptor de grasa de un restaurante. Tras descargar el contenido de la cámara de biogeneración, se repite el procedimiento. El ciclo de funcionamiento deseablemente se controla con un temporizador electrónico con relés que activan y desactivan los interruptores y válvulas de acuerdo con parámetros prefijados. Se observan incrementos significativos de la producción bacteriana utilizando el sistema y procedimiento dado a conocer en la presente memoria en comparación con el sistema y procedimiento de los solicitantes dados a conocer con anterioridad.

De acuerdo con otra forma de realización preferente de la invención, se da a conocer un sistema por lotes automatizado para el cultivo y descarga selectiva de un líquido que contiene bacterias, que comprende una cámara de biogeneración que presenta una pared lateral sustancialmente cilíndrica, una tapa y un fondo cónico, una fuente de alimentación que comunica con una abertura de una línea de alimentación en la parte superior, una fuente de agua que comunica con una abertura de una línea de entrada de agua en el extremo superior, una fuente de aire presurizado que comunica con una abertura de una línea de entrada de aire en el extremo superior, una línea de ventilación que comunica con una abertura de ventilación en el extremo superior, una abertura de una línea de salida dispuesta centralmente en el fondo cónico, un orificio dispuesto en el fondo cónico en la abertura de la línea de salida o cerca de la misma, una abertura de una línea de entrada de líquido recirculado situado y posicionado de manera que reintroduce el líquido recirculado en la cámara en una dirección sustancialmente tangencial respecto a la pared interna, una bomba de recirculación, tuberías de flujo que comunican la línea de entrada de la bomba de recirculación para el paso de líquidos con la abertura de la línea de entrada del líquido recirculado, y una válvula dispuesta en las tuberías de flujo entre la bomba de recirculación y la abertura de la línea de entrada de líquido recirculado para desviar selectivamente el flujo desde la bomba a una línea de desagüe que también comunica a través de la bomba y la válvula con la abertura de la línea de salida de la cámara.

Breve descripción de los dibujos

Las formas de realización preferentes de la invención se describen adicionalmente con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Fig. 1 es una vista esquemática simplificada de un sistema de biogeneración construido de acuerdo con la presente invención.

La Fig. 2 es una vista frontal en elevación simplificada y amplificada de la cámara de biogeneración mostrada en la Fig. 1, y

la Fig. 3 es una vista frontal en perspectiva simplificada y amplificada, rota parcialmente, que ilustra un orificio instalado en el fondo de una cámara de biogeneración para su utilización en el aparato y procedimiento de la invención.

Descripción de la forma de realización preferente

El sistema y procedimiento de biogeneración automatizado de la presente invención resultan útiles para el cultivo rápido de un suministro relativamente grande de cepas seleccionadas de bacterias utilizando una cantidad relativamente pequeña de inóculo bacteriano. El procedimiento de la invención proporciona un procedimiento libre de manipulación y de bajo mantenimiento para el cultivo de bacterias que, dependiendo de las cepas bacterianas seleccionadas, resulta útil en una variedad de aplicaciones. Aunque después se discuten otras posibles aplicaciones para el sistema y procedimiento que se da a conocer en la presente memoria, una aplicación particularmente preferente es el cultivo de bacterias para su utilización en la digestión de grasa en interceptores de grasa tales como los utilizados en la industria de restauración. Si puede introducirse un suministro suficientemente grande de bacterias activas adecuadas en un interceptor de grasa de manera frecuente, la acumulación de grasa dentro del interceptor puede controlarse a niveles que permitan reducir la frecuencia de los vaciados y de la limpieza con vapor del tipo requerido regularmente en la actualidad. Ello reduce los gastos de mantenimiento y facilita el cumplimiento de la legislación que regula la cantidad de grasa que puede verterse a los sistemas de alcantarillado municipal.

De acuerdo con una forma de realización preferente de la invención, se da a conocer un sistema y procedimiento automáticos para producir grandes lotes de bacterias activas que prosperan en la grasa y en otra materia orgánica, tal como en almidones, azúcares y proteínas. La función automatizada reduce los costes de personal y la cámara de biogeneración proporciona un ambiente favorable para las bacterias en cultivo. Al introducirlas en un interceptor de grasa, generalmente a través de una línea de desagüe corriente abajo del interceptor P, el gran volumen de bacterias producido digiere parte de los materiales orgánicos en el interceptor de grasa, produciendo dióxido de carbono y agua como principales productos residuales.

Las bacterias de inóculo y los nutrientes necesarios para dar soporte al crecimiento y reproducción de las bacterias dentro de la cámara de biogeneración resultan fácilmente transportados, más preferentemente en forma de polvos, haciendo que el transporte de grandes suministros de bacterias resulte innecesario. El procedimiento no requiere un control preciso de la temperatura, ni resulta necesario utilizar un suministro de aire filtrado o de agua destilada. Debido a que simultáneamente pueden cultivarse muchas cepas de bacterias deseables en la misma cámara de biogeneración, éstas pueden digerir una diversidad de materiales orgánicos presentes en los interceptores de grasa, reduciendo simultáneamente los problemas de malos olores. Debido a que se cultivan en el mismo sitio de utilización, las bacterias útiles se encuentran en estado activo cuando se introducen en el interceptor de grasa. Además, al introducirlas en periodos de baja actividad en la cocina, puede maximizarse el tiempo de residencia de las bacterias en el interceptor
de grasa.

Con referencia a la Fig. 1, un sistema 10 de la invención comprende preferentemente una cámara de biogeneración 12, una fuente de alimentación 24 de bacterias de inóculo y de nutrientes, un dispositivo de control de la alimentación 26, un suministro de agua, un suministro de aire presurizado, una bomba de recirculación de líquido 62, válvulas solenoides 54 y 64, un temporizador 68, conductos de flujo 27, 29, 31, 61, 63, 65, 66, 82, 84 y 86 y líneas de control 70, 72, 74, 76 y 78, respectivamente, que unen el temporizador 68 con las válvulas 54 y 64, con la bomba de aire 60, con el dispositivo de control de la alimentación 26 y con la bomba de recirculación de líquido 62. El suministro de agua preferentemente es de agua potable nueva que se introduce en la cámara de biogeneración 12 a temperatura ambiente a través de una línea de flujo 80, regulador de presión 50, línea de flujo 82, filtro 52, línea de flujo 84, válvula solenoide de línea de entrada de agua 54, llaves reguladoras de vacío antisifón 56 y línea de flujo 27. El suministro de aire presurizado preferentemente procede de una bomba de aire 60, por ejemplo de una bomba de aire de acuario, capaz de introducir en la cámara de biogeneración 12 un suministro suficiente de aire para dar soporte a un rápido crecimiento bacteriano a una presión suficiente para entrar en la cámara de biogeneración sin perturbar el vórtex 36 creado en la misma, tal como se discute después. El flujo de aire requerido evidentemente variará de acuerdo con el volumen de la cámara de biogeneración 12 y el volumen de la mezcla de líquido que contiene bacterias 38 dentro de la cámara. Se proporciona una línea de ventilación 31 con el fin de evitar la acumulación de presión dentro de la cámara de biogeneración 12 y preferentemente se pasa por un filtro 58 y se expulsa a la atmósfera o a algún otro tipo de unidad de recuperación según se desee o según pueda resultar necesario bajo circunstancias especiales. La línea de ventilación 31 puede conectarse a un sistema de desagüe existente corriente abajo del interceptor P, con el fin de permitir la ventilación de la cámara de biogeneración 12 sin liberar las bacterias en el área de la cocina. Si se conecta a un desagüe, la línea de ventilación 31 también puede comprender una válvula de retención convencional de diafragma o válvula de reflujo (no mostrados en la Fig. 1) con el fin de evitar que bacterias no deseadas entren en la cámara de biogeneración 12 desde el desagüe.

La fuente de alimentación 24 deseablemente es una tolva u otro recipiente capaz de mantener y liberar controladamente mediante un dispositivo de control de la alimentación 26, una mezcla de bacterias de inóculo útiles para la aplicación pretendida y nutrientes necesarios para que las bacterias de inóculo crezcan y se dividan rápidamente dentro de la cámara de biogeneración 12. De acuerdo a una forma de realización particularmente preferente de la invención, las bacterias de inóculo y los nutrientes se proporcionan juntos en unos polvos premezclados que se activan al hidratarlos y mezclarlos en presencia de aire. Aunque la utilización de una fuente de alimentación de polvos secos premezclados resulta preferente, también pueden utilizarse cargas de alimentación líquidas en el sistema y procedimiento de la invención, y no resulta necesario mezclar los nutrientes con las bacterias de inóculo. El dispositivo de control de la alimentación 26 puede ser cualquier dispositivo o combinación de dispositivos adecuado para la introducción de bacterias de inóculo y de nutrientes en el sistema de biogeneración 12 de manera controlada, y puede incluir, por ejemplo, una válvula giratoria, una compuerta volumétrica de desplazamiento, un mecanismo de rodillo vibratorio o una cinta transportadora de peso. Alternativamente, también pueden aspirarse polvos premezclados por la línea de entrada de agua utilizando un sistema de Venturi. Aunque en la Fig. 1 se ilustra una sola fuente de alimentación 24 y un solo dispositivo de control de la alimentación 26, queda entendido que también pueden utilizarse dentro del alcance de la invención una pluralidad de dichas fuentes de alimentación y/o dispositivos de control de la alimentación.

La bomba de recirculación de líquido 62 extrae mezcla de líquido 38 de la cámara de biogeneración 12 a través de una abertura 22 y línea 61 de salida, y dependiendo del ajuste de la válvula solenoide de tres vías 64, devuelve la mezcla de líquido a la cámara de biogeneración 12 por las líneas 63 y 65 o descarga la mezcla de líquido en un desagüe o en otro receptáculo por las líneas 63 y 66. La bomba de recirculación de líquido 62 deseablemente es una bomba centrífuga, aunque queda entendido que también pueden utilizarse las bombas de diafragma y otros dispositivos de recirculación de líquido similarmente efectivos dentro del alcance de la invención. Las bombas de diafragma son autocebantes y resultan menos afectadas por el exceso de aire en la mezcla de líquido. En la Fig. 1 se ilustra la bomba de recirculación de líquido 62 controlada por el temporizador 68, aunque queda entendido que la bomba 62 también puede controlarse, por ejemplo, mediante indicadores o sensores de nivel eléctrico, mecánico, óptico o ultrasónico en la cámara de biogeneración 12 e interruptores relacionados según resulte necesario.

El temporizador 68 deseablemente es un dispositivo de control electrónico convencional capaz de temporizar múltiples sucesos en el ciclo de funcionamiento y de enviar señales a interruptores en el dispositivo de control de la alimentación 26, bomba de aire 60, válvulas solenoides 54 y 64 y bomba de recirculación de líquido 62 de acuerdo con el procedimiento de la invención tal como se describe posteriormente. Sin embargo, se apreciará con la lectura de la presente exposición que algunas o todas las funciones de control llevadas a cabo por el temporizador 68 también pueden llevarse a cabo dentro del alcance de la invención mediante la utilización de múltiples temporizadores, un controlador lógico programable, una placa de circuitos programable diseñada al efecto, un controlador basado en un PC, controladores neumáticos, controladores de nivel y otros medios similarmente efectivos. El temporizador 68 deseablemente aceptará y reaccionará a entradas procedentes de sensores de conductividad, flotadores mecánicos, sensores ópticos y sensores ultrasónicos y también puede ser capaz de hacer funcionar simultáneamente otros equipos o aparatos, ilustrados o no en la Fig.1 o indicados o no en la presente memoria.

Una cámara de biogeneración 12 preferente para su utilización en el sistema 10 y procedimiento de la invención se describe y explica adicionalmente en relación a la Fig. 2. La cámara de biogeneración 12 preferentemente comprende una pared lateral sustancialmente cilíndrica 14 con una superficie interna 16 que se encuentra uniforme y continuamente unida a una sección inferior cónica 20 que presenta una abertura de la línea de salida 22 dispuesta centralmente en la cámara. El extremo superior 18 puede ser plano, en forma de cúpula o de otra forma y deseablemente es extraíble para permitir la limpieza periódica de la superficie interna 16 de la cámara de biogeneración 12. La abertura de entrada de agua 28, la abertura de la línea de entrada de aire 30, la abertura de la línea de alimentación 33 y la abertura de ventilación 32 deseablemente se proporcionan en el extremo superior 18 con el fin de comunicar con la línea de entrada de agua 27, la línea de entrada de aire 29, el dispositivo de control de la alimentación 26 y la línea de ventilación 31, respectivamente. La boquilla dispersora 46 preferentemente se proporciona en la abertura de la línea de entrada de agua 28 con el fin de dirigir el agua introducida en la cámara de biogeneración 12 en una pulverización de 360º contra la superficie interna 16 y también puede actuar como boquilla de enjuague durante la limpieza de la cámara 12 si se desea. El orificio 34 preferentemente se proporciona en la abertura de salida 22 de la cámara para ayudar en el control de la cantidad de aire que entra por la línea 61 (Fig. 1) desde el vórtex 36 en el medio o mezcla líquida 38. Una restricción excesiva del orificio 34 puede ahogar la bomba de recirculación de líquido 62 y llevar al atascamiento de los orificios.

Los solicitantes han descubierto que el vórtex 36 dentro de la cámara de biogeneración 12 es una herramienta efectiva para mezclar las bacterias y nutrientes en el medio líquido y para airear la mezcla líquida 38 sin provocar la cantidad significativa de espumas no deseables que se producen en los sistemas de la técnica anterior cuando se burbujea aire en un biogenerador desde debajo de la superficie de una mezcla líquida. La cantidad de aireación conseguida con el vórtex 36 también sobrepasa significativamente la aireación alcanzada cuando se introduce aire por encima de la superficie del líquido sin un vórtex. El vórtex 36 preferentemente se produce mediante la reintroducción continua en la cámara de biogeneración 12 de una porción de la mezcla líquida 38 que se extrae de la abertura de la línea de salida 22 y se recircula mediante la bomba 62 por la línea 63, válvula 64 y línea 65 hasta la abertura de la línea de salida de líquido recirculado 42 dispuesta cerca y contigua a la superficie interna 16, más preferentemente por encima de la sección cónica 20. La abertura 42 preferentemente comunica con el interior de la cámara de biogeneración 12 en una dirección y de tal manera que se reintroduce un flujo continuo de mezcla líquida recirculada 38 en la cámara de biogeneración 12 y se dirige horizontalmente a lo largo de la superficie interna 16 en una dirección que se caracteriza en la presente memoria como "sustancialmente tangencial" a la superficie interna 16. Aunque el término "tangencial" habitualmente se refiere a una línea tangente a un punto en la circunferencia de un círculo o cilindro que se dirige alejándose de la curva, el término se utiliza en la presente memoria para describir un camino de flujo curvado, establecido inicialmente en una dirección sustancialmente horizontal alrededor de la superficie interna 16 de la cámara de biogeneración 12, que diverge de la horizontal si continúa alrededor de la superficie interna 16 y que crea un vórtex en espiral hacia abajo 36 en el centro de la cámara de biogeneración 12. La abertura 42 puede disponerse en una boquilla incorporada en la pared lateral 14 de la cámara de biogeneración 12 o puede disponerse al final de una línea que se extiende internamente pasada la superficie interna 16, tal como se muestra en la Fig. 2. Aunque la abertura 42 se muestra en la Fig. 2 como de forma elíptica, queda entendido que también pueden utilizarse otras formas que se encuentran dentro del alcance de la invención.

El orificio 34 tal como se muestra en la Fig. 2 es un cuerpo cilíndrico que presenta una tapa con un orificio de menor diámetro 35 y una pluralidad de orificios 44 de forma rectangular y similares a ranuras, espaciadas, formando una circunferencia alrededor de su perímetro. Queda entendido que también pueden utilizarse otras configuraciones de los orificios, que se encuentran dentro del alcance de la presente invención. Tal como se discute posteriormente en relación al procedimiento de la invención, el orificio 34 resulta útil para permitir que la mezcla de líquidos 38 se introduzca en el interior y a través de la abertura 22 de línea de salida de la cámara sin permitir que el vórtex 36 continúe hacia abajo entrando y saliendo a través de la abertura de la línea de salida 22, lo que podría provocar la cavitación en el lado de salida de la bomba de recirculación de líquido 62.

La Fig. 3 da a conocer una estructura alternativa de un orificio 90 dispuesto en contigüidad con la abertura de la línea de salida 92 de la cámara al interior de una sección cónica 94 de una cámara de biogeneración 96 similar. El orificio 90 comprende una placa de orificios 98 dispuesta horizontalmente y soportada por patas 100 y separada verticalmente a una corta distancia por encima de la abertura 92 de la línea de salida de la cámara. La placa de orificios 98 deseablemente presenta un diámetro exterior mayor que el diámetro de la abertura 92 de la línea de salida de la cámara y comprende una sola abertura 102 dispuesta centralmente que presenta un diámetro menor que el diámetro de la abertura 92 de la línea de salida de la cámara. La placa de orificios 98 da soporte al vórtex 104 ligeramente por encima de la abertura 92 de la línea de salida, permitiendo que se introduzca la mezcla líquida 108 por la abertura 92 de la línea de salida y por debajo del disco 98, donde se crea un vórtex 106 de diámetro más pequeño que es menos probable que provoque un funcionamiento inestable o la cavitación de la bomba de recirculación de líquido.

Aunque los componentes de la invención comprensiblemente se dimensionarán, configurarán y construirán de acuerdo con la manera pretendida y sitio de utilización, se consiguen resultados satisfactorios utilizando una cámara de biorreacción 12 de un galón con un fondo cónico, tal como se ha discutido anteriormente, un nivel de llenado dentro de la cámara correspondiente a un volumen de líquido comprendido entre aproximadamente 1,5 y aproximadamente 3 litros, una bomba de recirculación de líquido 62 regulada a aproximadamente 3 galones por minuto y un filtro 52 de 50 micrómetros en la línea de entrada de agua. De acuerdo con una forma de realización particularmente preferente del sistema 10 de la invención para su utilización en las condiciones típicas de un restaurante en la producción de bacterias para su descarga en un interceptor de grasa, los componentes del sistema tal como se han descrito anteriormente pueden montarse dentro de un armario y cerrarse para prohibir el acceso excepto a personal autorizado. Durante el funcionamiento normal, únicamente se requiere acceso infrecuente al sistema con el fin de reabastecer periódicamente el sistema con bacterias de inóculo y nutrientes. Aunque el tiempo para el reabastecimiento de bacterias de inóculo y nutrientes variará de acuerdo con el volumen de la fuente de alimentación 24 y con el volumen de la cámara de biogeneración 12, debería poder conseguirse limitar los reabastecimientos a una vez al mes en la mayoría de casos. La retirada y limpieza infrecuentes de la cámara de biogeneración 12 también podrían resultar deseables tras un número especificado de ciclos de funcionamiento, que también se anticipa que no sea más frecuente de aproximadamente una vez al mes.

De acuerdo con un procedimiento preferente de la invención, descrito en la presente memoria en relación a las Figs. 1 y 2, se introducen en la fuente de alimentación 24 polvos secos que contienen cultivos seleccionados de bacterias y nutrientes secos, tales como azúcar, proteína láctea refinada, almidón de maíz y salvado. Las bacterias de inóculo deseables para controlar la grasa en un interceptor incluyen, preferentemente, bacilos, pseudomonas, enterobacterias y mezclas de los mismos. Es conocido que estos organismos digieren diversos tipos de productos residuales orgánicos que se encuentran comúnmente en los interceptores de grasa. Preferentemente, las bacterias de inóculo se estabilizan con un conservante y se encuentran en estado inactivo hasta su dilución con agua.

En el momento de iniciar el funcionamiento del sistema, el temporizador 68 activa la válvula solenoide del agua 54, provocando que ésta entre en la cámara de biogeneración 12 a través de la abertura 28 de la línea de entrada. Tras pasar por una llave reguladora de vacío 56, que evita que el líquido en la cámara 12 refluya hacia el sistema de agua potable, se pulveriza agua hacia el interior de la cámara de biogeneración, preferentemente un recipiente de polietileno, a través de una boquilla 46. El flujo de agua se continúa durante un periodo de tiempo prefijado o hasta que el nivel de líquido 49 alcanza un punto deseado, en cuyo momento la válvula 54 se cierra para detener el flujo. El temporizador 68 activa el dispositivo de control de la alimentación 26 para dispensar una cantidad prefijada de polvos que contienen las bacterias de inóculo y los nutrientes en la cámara de biogeneración 12 a través de una abertura 33 de línea de entrada de tamaño adecuado, hidratando y activando de esta manera las bacterias de inóculo. También se activa la bomba de aire 60 con el temporizador 68 y la presión ligeramente positiva dentro de la cámara de biogeneración 12 previene de que, efectivamente, bacterias no deseadas entren en la cámara de biogeneración tras el periodo inicial de funcionamiento. La bomba de aire 60 bombea aire fresco en el espacio libre 47 por encima del nivel de líquido 49, haciendo que el vórtex 36 disponga con facilidad de aire para la extracción hacia la bomba de recirculación de líquido 62. La introducción de aire en el espacio libre 47 también ayuda a expulsar cualquier gas creado por las bacterias a través de la línea de ventilación 31. Aunque pueden introducirse algunas bacterias no deseadas a través del suministro de aire o de agua, el crecimiento de organismos no deseados en cantidades relativamente pequeñas habitualmente no resulta gravemente perjudicial para el procedimiento y en ocasiones pueden suprimirse seleccionando cuidadosamente los nutrientes preferidos por las bacterias deseadas.

Tras cargar la cámara de biogeneración 102 con agua, bacterias de inóculo, nutrientes y aire, se activa la bomba de recirculación de líquido 62 y se inicia el cultivo de las bacterias seleccionadas. La bomba de recirculación de líquido 62 extrae continuamente un flujo de mezcla de líquido 38 del fondo cónico 20 de la cámara de biogeneración 12 a través del orificio 34 en la abertura de la línea de salida 22 y la línea 61, hasta el lado de entrada de la bomba. La bomba de circulación de líquido 62 descarga la mezcla de líquido presurizado 38 en la línea 63, y por la válvula de tres vías 64, que automáticamente se regula para que devuelva la mezcla de líquido 38 por la línea 65 a la abertura de la línea de entrada 42. A medida que la mezcla de líquido 38 se expulsa a través de la abertura de la línea de entrada 42, se provoca que la mezcla de líquido 38 se mueva en espiral dentro de la cámara 12, creando deseablemente un vórtex 36 cuando la tasa de recirculación se ajusta apropiadamente, por ejemplo controlando la tasa de bombeo de la
bomba 62.

Cuando se regula apropiadamente con el fin de promover la mezcla y la aireación, el fondo del vórtex 36 deseablemente se extenderá hacia abajo hasta el orificio 34 en la abertura de la línea de salida 22. El orificio 34 preferentemente evita que demasiado aire o demasiado poco de la mezcla de líquido entre por la línea 61. Demasiado aire puede dañar el rotor de la bomba centrífuga y, si la cantidad es excesiva, provocar la parada de la bomba. Puede resultar deseable cierto grado de cavitación de la bomba 62 para la mezcla y la aireación, y la cavitación parcial en la entrada de la bomba puede batir el líquido introduciendo aire en el mismo, produciendo una espuma espesa. Con la condición de que no llene en exceso la cámara de biogeneración 12, puede resultar deseable cierta cantidad de espuma, que incrementa la aireación, y también incrementa el área superficial disponible. Con el presente sistema y procedimiento, cualquier exceso de espuma que se produzca se extrae de vuelta hacia el vórtex 36 dentro de la cámara 12 y se reinyecta en la mezcla líquida 38. La proporción de aire a líquido que entra por la línea 61 puede ajustarse modificando el orificio 34 o la tasa de recirculación por la bomba 62. Mediante la utilización del presente sistema y procedimiento, el vórtex 36 conjuntamente con la bomba de recirculación de líquido 62 proporciona una mezcla, aireación y control de la espuma excelentes.

Después de realizar el cultivo bacteriano, es decir la recirculación, durante un periodo de tiempo deseado, por ejemplo aproximadamente un día, el temporizador 68 u otro medio similarmente efectivo provoca la terminación del flujo de aire presurizado hacia el interior de la cámara y que la válvula de tres vías 64 redirija el flujo de mezcla líquida 38 descargada por la bomba de recirculación de líquido 62 por la línea de desagüe 66, la cual puede dirigirse a un sitio de utilización o a un recipiente intermedio de almacenamiento. Tras bombear hasta que el nivel de líquido 49 ha bajado hasta un punto deseado, la bomba 62 se desactiva y la válvula 64 retorna a su posición anterior. A continuación, la válvula 54 se reabre y se repite el ciclo de funcionamiento.

Aunque la aplicación de la invención en el tratamiento de la grasa en un interceptor es una forma de realización preferente, la invención puede resultar igualmente útil en varias otras aplicaciones en las que se necesitan grandes cantidades de bacterias. La lista siguiente incluye varios otros ejemplos ilustrativos en los que puede utilizarse la invención:

(1) El cultivo de bacterias para la degradación de estiércol y orina en establos de cría y engorde de ganado. La utilización de bacterias, de esta manera, resulta en un material digerido que puede esparcirse directamente sobre los campos para su utilización como fertilizante. La predigestión de estiércol y orina permite que los fertilizantes y nutrientes sean liberados en la tierra con mucha mayor rapidez y con menos problemas de olores que la manipulación de material residual en forma cruda.

(2) La descomposición bacteriana de los productos residuales agrícolas, tales como los tallos de la caña de azúcar y los tallos de maíz, los cuales se degradan lentamente cuando se dejan en los campos.

(3) El tratamiento biológico de los vertidos de petróleo. Este tratamiento generalmente es muy caro debido al elevado coste de la producción de bacterias vivas. La presente invención, si se utiliza en una versión a escala mayor, puede proporcionar un procedimiento rentable para cultivar las necesarias bacterias vivas en el mismo sitio de tratamiento y en cantidades suficientes para reducir rápidamente los daños am-
bientales.

(4) La conversión de los PCBs creados por los materiales residuales a partir de los aceites de enfriamiento de transformadores en sustancias menos perjudiciales que puedan tratarse adicionalmente. Esta conversión reduce los problemas ambientales asociados con las actuales prácticas de eliminación. El tratamiento de estos peligrosos materiales en la actualidad resulta muy caro.

(5) La utilización de bacterias para acelerar la descomposición de residuos humanos, tales como los encontrados en aseos portátiles y en sistemas sépticos.

(6) La utilización de bacterias para alimentarse de las algas que se forman en las torres de enfriamiento y en estanques y fuentes. Esta utilización reduciría la necesidad de utilizar compuestos químicos tóxicos que se encuentran fuertemente regulados.

(7) La utilización de bacterias vivas para controlar insectos que infestan cultivos de frutas y hortalizas, ayudando al control de insectos y enfermedades.

(8) La utilización de bacterias vivas para controlar los hongos en la hierba de los campos de golf, en el césped de los jardines y en otras formas de vida vegetal. En esta aplicación, las mezclas líquidas de bacterias podrían aplicarse directamente en el sistema de irrigación. La adición de fertilizantes a la mezcla también potenciaría el crecimiento de las bacterias.

(9) El tratamiento del suelo tras producirse vertidos subterráneos de petróleo o gas. Las bacterias u otros organismos vivos podrían utilizarse para tratar un área de vertido de petróleo o un vertido químico con mayor eficiencia que confiar en la degradación del vertido por las bacterias naturalmente presentes en el suelo.

(10) La producción de productos de levadura activa para las panificadoras.

(11) La producción de levaduras utilizadas en la fermentación y producción de productos relacionados con el alcohol.

(12) La descomposición de productos residuales orgánicos de origen industrial antes de su vertido en los desagües. Las plantas de producción de alimentos y embotelladoras con frecuencia soportan multas importantes por verter grandes cantidades de grasas, aceites, almidones y productos basados en azúcares a niveles de vertido superiores a los autorizados. El sistema de la presente invención puede utilizarse para digerir estos productos residuales.

Aunque el sistema, aparato y procedimiento de la invención se dan a conocer en la presente memoria en relación a sus formas de realización preferentes, otros cambios y modificaciones de la invención resultarán evidentes a los expertos ordinarios en la materia a partir de la lectura de la presente exposición, y se pretende que la invención que se da a conocer en la presente memoria se encuentre limitada únicamente por la interpretación más amplia posible de las reivindicaciones adjuntas, a las que los inventores tienen derecho legal. Los expertos en la materia también reconocerán a partir de la lectura de la presente exposición que el tamaño físico, situación y tipos de bacterias, nutrientes, dispositivos de suministro de agua y aire, dispositivos de control, recipientes y bombas pueden variarse o modificarse dentro del alcance de la invención con el fin de ajustarse a las necesidades de una aplicación particular.

Claims (12)

1. Sistema automatizado (10) útil para el cultivo de bacterias a partir de una población de inóculo hasta una población de utilidad en un intervalo prefijado y para la dispensación posterior de las bacterias con el fin de llevar a cabo una utilidad deseada, comprendiendo el sistema:

una cámara de biogeneración (12) que presenta unas paredes laterales cilíndricas con una superficie interna, una tapa y un fondo cónico; la tapa comprende además aberturas de línea de alimentación, de agua y de aire y una abertura de ventilación; una abertura (22, 92) de línea de salida de la cámara, dispuesta centralmente en el fondo cónico; un orificio (34, 90) dispuesto en el interior del fondo cónico cerca de la abertura de la línea de salida; y una abertura (42) de la línea de entrada de líquido recirculado en la pared lateral en un punto por encima del fondo cónico, estando la abertura (42) de la línea de salida de líquido recirculado dirigida tangencialmente a lo largo de la superficie interna de la pared interna;

por lo menos un temporizador (68);

por lo menos un fuente de alimentación de bacterias y de nutrientes (24) que comunica con la abertura de la línea de alimentación, estando controlada dicha fuente por dicho temporizador;

una fuente de agua (80, 50, 82) que comunica con la abertura de la línea de entrada de agua a través de una válvula que es controlable por dicho tempori-
zador;

un suministro de aire presurizado (60) que comunica con la abertura de la línea de entrada de aire, siendo controlable el suministro de aire presurizado por dicho temporizador;

una línea de ventilación (31) que comunica con la abertura de ventilación;

una bomba de recirculación (62) que presenta una línea de entrada que comunica con la abertura de la línea de salida de la cámara (22) y una línea de salida que comunica con la abertura de la línea de entrada de líquido recirculado (42); y

una válvula (64) dispuesta entre la bomba de recirculación y la abertura de la línea de entrada de líquido recirculado (42), la cual es controlable por dicho temporizador y sirve para desviar el flujo de la bomba de recirculación hasta una línea de desagüe que también comunica selectivamente con la abertura de la línea de salida (22, 92) de la cámara a través de la válvula y de la bomba de recirculación.

2. Sistema automatizado según la reivindicación 1, en el que la fuente de alimentación de bacterias y de nutrientes comunica con la línea de alimentación a través de un aparato de dispensación.

3. Sistema automatizado según la reivindicación 1 ó 2, en el que el aparato de dispensación es una válvula controlada por el temporizador.

4. Sistema automatizado según la reivindicación 1 ó 2, en el que el aparato de dispensación es una cinta transportadora controlada por el tempori-
zador.

5. Sistema automatizado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende fuentes de alimentación controlables independientemente de bacterias y nutrientes.

6. Sistema automatizado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que se filtra y se regula la presión del suministro de agua.

7. Sistema automatizado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el suministro de aire presurizado es una bomba de aire de acuario.

8. Sistema automatizado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el orificio (90) comprende una placa de orificios (98) dispuesta horizontalmente, separada verticalmente a una corta distancia por encima de la abertura de la línea de salida (92) de la cámara.

9. Sistema automatizado según la reivindicación 8, en el que la placa de orificios (98) presenta un diámetro externo mayor que el diámetro de la abertura de la línea de salida de la cámara (92) y comprende una sola abertura (102) que presenta un diámetro menor que el diámetro de la abertura de la línea de salida de la cámara (92).

10. Sistema automatizado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el orificio es una estructura cilíndrica que presenta un diámetro aproximadamente igual al diámetro de la abertura de la línea de salida de la cámara y que comprende una pluralidad de orificios dispuestos en su periferia que proporcionan comunicación de líquidos entre el interior de la cámara y la abertura de la línea de salida de la
cámara.

11. Sistema automatizado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la bomba de recirculación es una bomba centrífuga.

12. Sistema automatizado según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la bomba de recirculación es una bomba de diafragma.