ES2232652T3 - Bioreactor para la conversion microbiotica de sustancias en pedazos y/o pastosas. - Google Patents
Bioreactor para la conversion microbiotica de sustancias en pedazos y/o pastosas.Info
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Abstract
Biorreactor (1) para la conversión microbiótica de sustancias (2) en pedazos y/o pastosas dotado con un espacio de reacción (3) aislado térmicamente respecto del entorno, el cual comprende al menos una cuba de reactor (4) con sección transversal esencialmente en forma de U, un transportador de tornillo sin fin de segmentos (5) dispuesto en la o cada cubeta del reactor (4) coaxialmente respecto de su dirección longitudinal, que gira en la zona en forma de arco de medio punto de la sección transversal en forma de U, unos dispositivos (6) que conducen gas y/o líquido, así como al menos en cada caso un dispositivo de carga y descarga (30, 40) para las sustancias que se desean convertir, mediante lo cual al menos una parte de los dispositivos (6) que conducen gas y/o líquido están dispuestos, en la zona en forma de arco de medio punto de la cuba del reactor (4), por debajo del eje (7) del transportador de tornillo sin fin de segmentos (5), caracterizado porque los dispositivos (6) que conducen gas y/o líquido, dispuestos en la zona en forma de arco de medio punto, presentan una parte final, la cual está estructurada como chapa perforada y está integrada enrasada en la pared de la cuba de reactor (4).
Description
Biorreactor para la conversión microbiótica de
sustancias en pedazos y/o pastosas.
La invención se refiere a un biorreactor para la
conversión microbiótica de sustancias en pedazos y/o pastosas en
especial para la degradación aerobia de sustancias de desecho con
una porción esencial de sustancias orgánicas.
Por la publicación
DE-A-2 856 553 se conocen un
dispositivo y un procedimiento para acelerar la degradación
biológico-química de mezclas de lodos de
clarificación de basuras.
Por la publicación DE-19629129 A1
se conocen un procedimiento y un dispositivo para la conversión
microbiótica de materias recicladas orgánicas.
El dispositivo desarrollado para llevar a cabo el
procedimiento comprende como pieza central un reactor tubular
aislado térmicamente respecto del entorno.
El tubo del reactor tubular, dispuesto en su
posición principal de funcionamiento esencialmente horizontal,
presenta una sección transversal esencialmente en forma de U y en el
tubo está dispuesto, coaxialmente respecto de su eje longitudinal,
un transportador de tornillo sin fin de segmentos. El transportador
de tornillo sin fin de segmentos sirve, por un lado, para el llenado
uniforme del espacio del reactor, gracias a que las sustancias de
desecho, vistas en la dirección de transporte, son introducidas al
principio del transportador y, mediante giro del transportador en la
dirección de transporte, son suministradas al espacio del reactor
distribuidas de manera uniforme.
Tras el llenado el transportador de tornillo sin
fin de segmentos sirve para el mezclado de las sustancias de desecho
que se desean convertir, gracias a que es girado, controlado a
intervalos de tiempo, en y contra la dirección de transporte donde
segmentos formados a modo de paletas del transportador de tornillo
sin fin mueven las sustancias de desecho y ponen en contacto
constantemente otras zonas de las sustancias de desecho con una
corriente de aire, la cual es conducida a lo largo constantemente
por encima de las sustancias de desecho, para procurar una
descomposición aerobia lo más rápida y completa posible de los
componentes orgánicos de las sustancias de desecho. La corriente de
aire, que se calienta como consecuencia de las reacciones
bacterianas, es conducida durante la evacuación a través de un
intercambiador de calor y un filtro, y el calor recuperado se
utiliza para el precalentamiento se aire suministrado de nuevo, con
el fin de continuar acelerando la reacción.
Este dispositivo conocido tiene la desventaja de
que la mezcla de las sustancias de desecho a la que da lugar el
transportador de segmentos no es suficiente como para garantizar el
suministro de aire de este tipo, a las superficies de las sustancias
de desecho, necesario para la conversión aerobia óptima y casi
exclusiva de las sustancias de desecho.
Además se ha demostrado que los segmentos
formados a modo de paletas, dependiendo de la constitución de la
sustancias de desecho, están sometidos en parte a grandes fuerzas
opuestas las cuales son tan grandes que la función de mezcla
continua del transportador de tornillo sin fin de segmentos es
perturbada, sobre todo en el caso de constitución pastosa o viscosa
de las sustancias de desecho, lo que en casos extremos puede
conducir a daños en el engranaje y a deformaciones y roturas de los
segmentos.
La invención se plantea por lo tanto el problema
de desarrollar un biorreactor con el cual sea posible un suministro
óptimo de gases, p. ej. de aire, hacia las sustancias que hay que
convertir en el reactor y en el cual no queda esperar, también en el
caso de sustancias pastosas o viscosas, perturbaciones del
funcionamiento.
El problema se resuelve de forma inventiva
mediante las características previstas en la parte caracterizadora
de la reivindicación principal 1. Las formas de realización
ventajosas de la invención forman las características previstas en
las reivindicaciones subordinadas 2 a 7.
La invención se explica a continuación con mayor
detalle, sobre la base de dos ejemplos de realización preferidos, en
relación con las Figuras 1 a 4.
Las figuras muestran:
En la Figura 1 está representada esquemáticamente
una sección transversal a través de un biorreactor según la
invención de un primer ejemplo de realización preferido.
En la Figura 2 está representada esquemáticamente
una sección transversal a través de un biorreactor según la
invención de un segundo ejemplo de realización preferido.
En la Figura 3 está representado el transportador
de tornillo sin fin de segmentos en perspectiva en su estructura
principal.
En la Figura 4 se puede reconocer, en una
representación esquemática en perspectiva, la carga y descarga de la
sustancia que se desea convertir en un biorreactor según el segundo
ejemplo de realización preferido.
La Figura 1 muestra la sección transversal a
través de una primera forma de realización preferida de un
biorreactor 1 para la conversión microbiótica de sustancias 2 en
pedazos y/o pastosas con únicamente una cuba de reactor 4. En el
caso del biorreactor 1 según la invención representado se trata de
un reactor para la descomposición aerobia de la porción orgánica de
sustancias de desecho 2 en pedazos y/o pastosas. El biorreactor
según la invención se puede utilizar sin embargo también para la
obtención anaerobia de biogas o para propósitos similares.
Las sustancias que se desean convertir son
introducidas, como está representado en la Figura 4 sobre la base de
un reactor con varias cubas de reactor, mediante un dispositivo de
carga 30 en el reactor. El dispositivo de carga puede ser un embudo
dispuesto por encima de la cuba de reactor o también únicamente una
abertura de llenado. La abertura de llenado puede estar dispuesta
también al lado del principio de la cuba de reactor 4, y la carga de
las sustancias que se desean convertir puede tener lugar a través de
una cinta transportadora o de una
cargadora-volcadora. Durante la carga un
transportador de tornillo sin fin de segmentos 5, dispuesto en la
cuba del reactor 4 coaxialmente respecto de la dirección
longitudinal axial en la zona en forma de arco de medio punto de la
sección transversal en forma de U de la cuba del reactor 4, se mueve
en dirección de transporte F, con el fin de distribuir las
sustancias 2 de manera uniforme en la totalidad de la cuba del
reactor 4.
Tan pronto como la cuba del reactor 4 está llena
de manera uniforme, lo que p. ej. puede ser registrado y señalado
mediante sensores de masas no representados dispuestos por encima de
la cuba 4, se desconecta, a través de un dispositivo de control
central asimismo no representado, el movimiento de transporte del
transportador de tornillo sin fin de segmentos 5 en la dirección de
transporte y simultáneamente se conecta un dispositivo 6 que conduce
gas y/o líquido.
El dispositivo 6 sirve, en primer lugar, para
poner en contacto un gas de reacción necesario para la conversión de
las sustancias 2 que se encuentra en la cuba del reactor de manera
lo más intensiva posible con la superficie de las sustancias 2. Esto
tiene lugar según la invención de manera que al menos una parte de
los dispositivos que conducen gas y/o del líquido están dispuestos,
en la zona en forma de arco de medio punto de la cuba del reactor 4,
por debajo del eje 7 del transportador de tornillo sin fin de
segmentos 5 para la introducción o evacuación de gas y/o
líquido.
Simultáneamente al paso de las sustancias 2 a
través de gas o líquido se inicia también el movimiento programado
de la sustancias a través del transportador de tornillo sin fin de
segmentos 5. El transportador de tornillo sin fin de segmentos 5
posee segmentos de transporte 11 (ver Figura 3) los cuales están
dispuestos alrededor de un eje central 12 en una hélice 13 formando
ángulo y axialmente están separados preferentemente de manera
uniforme. Los segmentos de transporte 11 comprenden una pieza de
vara 14 separada radialmente del eje central 12 del transportador de
tornillo sin fin de segmentos 5 y una pieza de cabeza 15, conectada
con el extremo exterior de la pieza de vara 14, dispuesta
transversalmente respecto de la pieza de vara 14.
La pieza de vara puede presentar, de manera
adecuada, una forma que discurre en forma de segmento de arco
respecto del eje central 12 del transportador de tornillo sin fin de
segmentos 5 y estar dispuesta en la dirección de altura de paso de
la hélice 13.
En una forma de realización ventajosa del
biorreactor según la invención las piezas de cabeza 15 en forma de
segmento de arco pueden presentar, en su superficie exterior radial,
elementos de diente 17 que sobresalen hacia fuera. Estos elementos
de diente sirven para soltar eventuales adhesiones de sustancias
viscosas a la superficie interior de la zona en forma de arco de
medio punto de la cuba del reactor. Las sustancias 2 introducidas en
la cuba del reactor 4 son movidas, de un lado para otro, mediante
accionamiento programado del transportador de tornillo sin fin de
segmentos en la cuba del reactor 4 en la dirección de transporte F y
contra la dirección de transporte y son mezcladas constantemente
mediante los segmentos de transporte 11. Mediante este movimiento
programado de las sustancias y el paso simultáneo de las sustancias
a través del gas de reacción y a través de los líquidos existentes
en las sustancias o suministrados adicionalmente se produce un
contacto muy intensivo de los gases de reacción con las superficies
de las sustancias, con lo cual se inicia y desarrolla una conversión
microbiótica rápida de las sustancias 2.
Los gases de reacción, p. ej. aire, oxígeno,
etc., son, al menos en parte, o bien insuflados en la zona en forma
de arco de medio punto de la cuba del reactor 4 bajo presión en las
sustancias 2 o, bajo la acción del vacío, aspirados a través de las
sustancias 2.
De forma adecuada la carga de una parte de los
gases de reacción tiene lugar simultáneamente también en el
francobordo de encima de las sustancias 2, de manera que se produce
un contacto por todas partes de las superficies de las sustancias
con gases de reacción que son suministrados permanentemente
frescos.
La reacción microbiótica se puede controlar,
mediante el dispositivo de control central (no representado), de
manera que mediante sondas de medición del calor situadas en la
cubeta del reactor 4 se mida la temperatura del reactor actual y las
señales de medición sean enviadas al dispositivo de control
central.
El dispositivo de control puede influir, mediante
intensificación o reducción del movimiento del transportador de
tornillo sin fin de segmentos 5 o mediante el aumento o
estrangulación del suministro de gas de reacción, sobre el
desarrollo de la reacción microbiótica de forma selectiva y eficaz,
de manera que se puede actuar tanto contra sobrerreacciones, p. ej.
combustiones, como contra una reacción escasa o la ausencia de
ésta.
La carga de los gases de reacción en la cuba del
reactor en la zona en forma de arco de medio punto de la cuba del
reactor 4, por debajo del eje 7 del transportador de tornillo sin
fin de segmentos 5, bajo presión o el paso a través de las
sustancias 2 que se mueven en la cuba del reactor 4, bajo la acción
del vacío, tiene lugar de manera adecuada mediante dispositivos 6
los cuales presentan una parte final la cual está estructurada como
chapa perforada y que está integrada enrasada en la pared de la cuba
del reactor.
La introducción y evacuación de gases y líquidos
en las sustancias 2 o de estas puede tener lugar, sin embargo,
también de otra manera p. ej. mediante toberas que sobresalen en el
interior de la cuba del reactor 4 con una o varias aberturas de
tobera.
Para el control de la reacción microbiótica el
transportador de tornillo sin fin de segmentos puede ser accionado a
intervalos de tiempo y, p. ej., ser accionado durante un intervalo
de tiempo Z1 en la dirección de transporte F y durante otro
intervalo de tiempo Z2 en contra de la dirección de transporte
F.
En el biorreactor según el primer ejemplo de
realización con únicamente una cuba de reactor 4 los intervalos de
tiempo Z1 y Z2 son igual de grandes, para que las sustancias 2 que
hay en la cuba del reactor sean movidas realmente de un lado para
otro y mezcladas.
En el biorreactor según el segundo ejemplo de
realización, el cual está representado esquemáticamente en las
Figuras 2 y 4, y el cual comprende varias cubas de reactor 4
dispuestas paralelas unas junto a otras, el movimiento de
transportador de tornillo sin fin debe dar lugar a un avance
progresivo de las sustancias introducidas desde una de las cubas a
la en cada caso siguiente a través del canto lateral de la cuba, de
manera que desde la carga de las sustancias al principio de la
primera cuba hasta la descarga de las sustancias convertidas al
final de la última cuba o a través del canto lateral de la última
cuba se desarrolle un proceso de conversión continuo o casi
continuo. Con el fin de conseguir un transporte de avance así de las
sustancias cargadas el espacio de tiempo Z2, es decir el movimiento
de retroceso, debe ser más corto que el espacio de tiempo Z1, en el
cual tiene lugar el movimiento de avance.
Para la optimización de la conversión
microbiótica son adecuadas velocidades de giro bajas del
transportador de tornillo sin fin de segmentos 5 de hasta 10 giros
por hora.
Para la optimización de la energía es adecuado
retirar del gas de reacción que hay que evacuar, el cual es
calentado por el calor generado durante la reacción, el calor
excedente a través de un intercambiador de calor y calentar con este
calor el gas de reacción suministrado, con el fin de acelerar de
forma adicional el proceso microbiótico.
Con el fin de acelerar el inicio del proceso
microbiótico en el caso de sustancias recién suministradas, es
adecuado dotar las nuevas sustancias introducidas mediante
inoculación adicional con material extraído, que contiene microbios,
o no extraer por completo las sustancias de la carga precedente e
inocular de este modo el nuevo material cargado.
Sobre todo durante la descarga de las sustancias
puede ser adecuado volcar, en dirección longitudinal, hasta 90º al
menos la cuba del reactor 4 o la totalidad del biorreactor.
El biorreactor según la invención tiene, en
comparación con los biorreactores conocidos, la ventaja de que el
contacto entre las sustancias que se desean convertir y el gas de
reacción es mucho más íntimo con lo cual la reacción se puede
controlar mucho mejor y se puede reducir el tiempo de reacción.
Además las sustancias se esponjan mejor y en la
interacción con los segmentos de transporte quedan prácticamente
excluidos impedimentos del funcionamiento del transportador de
tornillo sin fin de segmentos o averías como consecuencia de
obstrucciones o similares.
Claims (17)
1. Biorreactor (1) para la conversión
microbiótica de sustancias (2) en pedazos y/o pastosas dotado con un
espacio de reacción (3) aislado térmicamente respecto del entorno,
el cual comprende al menos una cuba de reactor (4) con sección
transversal esencialmente en forma de U, un transportador de
tornillo sin fin de segmentos (5) dispuesto en la o cada cubeta del
reactor (4) coaxialmente respecto de su dirección longitudinal, que
gira en la zona en forma de arco de medio punto de la sección
transversal en forma de U, unos dispositivos (6) que conducen gas
y/o líquido, así como al menos en cada caso un dispositivo de carga
y descarga (30, 40) para las sustancias que se desean convertir,
mediante lo cual al menos una parte de los dispositivos (6) que
conducen gas y/o líquido están dispuestos, en la zona en forma de
arco de medio punto de la cuba del reactor (4), por debajo del eje
(7) del transportador de tornillo sin fin de segmentos (5),
caracterizado porque los dispositivos (6) que conducen gas
y/o líquido, dispuestos en la zona en forma de arco de medio punto,
presentan una parte final, la cual está estructurada como chapa
perforada y está integrada enrasada en la pared de la cuba de
reactor (4).
2. Biorreactor según la reivindicación 1,
caracterizado porque los dispositivos (6) que conducen gas
y/o líquidos, dispuestos en la zona en forma de arco de medio punto,
introducen el gas o el líquido bajo la acción de la presión en las
sustancias (2) que se mueven en la cuba del reactor (4).
3. Biorreactor según la reivindicación 1,
caracterizado porque los dispositivos (6) que conducen gas
y/o líquidos, dispuestos en la zona en forma de arco de medio punto,
hacen pasar el gas o el líquido bajo la acción de la presión a
través de las sustancias (2) que se mueven en la cuba del
reactor.
4. Biorreactor según al menos una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos
están dispuestas dos cubas de reactor (4) paralelas una junto a
otra.
5. Biorreactor según al menos una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
transportador de tornillo sin fin de segmentos (5) comprende
segmentos de transporte (11), los cuales están dispuestos alrededor
de su eje central (12) en la trayectoria de una hélice (13) formando
ángulo y están dispuestos separados axialmente.
6. Biorreactor según al menos una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los
segmentos de transporte (11) comprenden una pieza de vara (14), que
sobresale radialmente del eje central (12) del transportador de
tornillo sin fin de segmentos (5), y una pieza de cabeza (15),
conectada con el extremo exterior de la pieza de vara (14),
dispuesta transversalmente respecto de la pieza de vara (14).
7. Biorreactor según la reivindicación 8,
caracterizado porque las piezas de cabeza (15) de los
segmentos de transporte (11) están dispuestas, en el extremo
exterior de las piezas de vara (14), en forma de segmento de arco
respecto del eje central (12) del transportador de tornillo sin fin
de segmentos (5).
8. Biorreactor según la reivindicación 8 y/o 9,
caracterizado porque las piezas de cabeza (15) están
dispuestas en la dirección de la altura de paso de la hélice
(13).
9. Biorreactor según al menos una de las
reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque con la
superficie exterior radial de cada pieza de cabeza (15) están
conectados elementos de diente (17) que sobresalen hacia fuera.
10. Biorreactor según al menos una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el o los
transportadores de tornillo sin fin de segmentos (5) está(n)
accionado(s) de forma programada.
11. Biorreactor según la reivindicación 12,
caracterizado porque el o los transportador(es) de
tornillo sin fin de segmentos (5) es (son) accionado(s) a
intervalos de tiempo y es (son) accionado(s) durante un
espacio de tiempo (Z1) en la dirección de transporte (F) y durante
un espacio de tiempo (Z2) en contra de la dirección de transporte
(F).
12. Biorreactor según la reivindicación 13,
caracterizado porque los espacios de tiempo (Z1) y (Z2) son
esencialmente iguales.
13. Biorreactor según la reivindicación 13,
caracterizado porque el espacio de tiempo (Z2) es más corto
que el espacio de tiempo (Z1).
14. Biorreactor según al menos una de las
reivindicaciones 12 a 15, caracterizado porque el o los
transportador(es) de tornillo sin fin de segmentos (5) es
(son) accionado(s) con una velocidad de giro baja de < 10
giros por hora.
15. Biorreactor según al menos una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
dispositivo de carga (30) está dispuesto al inicio del transporte de
la (o de la primera) cuba del reactor (4) y el dispositivo de
descarga lo está detrás del final o junto al lado transversal libre
de la (o de la última) cuba del reactor (4).
16. Biorreactor según al menos una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la cuba del
reactor o las cubas del reactor (4) o la totalidad del biorreactor
(1) se pueden volcar, fuera de la posición de funcionamiento
principal horizontal, hasta 90º en dirección longitudinal.
17. Biorreactor según al menos una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende
al menos un dispositivo de intercambio de calor y de filtrado para
la retirada de calor y para el filtrado de los gases que hay que
evacuar y para el precalentamiento de los gases que hay que
introducir.
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