ES2244633T3 - Biosensor y sensor de deposito para monitorizar biopeliculas y otros depositos. - Google Patents
Biosensor y sensor de deposito para monitorizar biopeliculas y otros depositos.Info
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Abstract
Un método para medir la deposición de contaminantes sobre una estructura, que comprende las etapas de: introducir una estructura en una muestra de fluido contenida en un recipiente de reserva; separar dicho fluido de dicha estructura; y pesar dicha estructura y dicho recipiente de reserva; donde el peso de dicha estructura aumenta cuando los contaminantes presentes en dicha muestra de fluido se depositan sobre dicha estructura.
Description
Biosensor y sensor de depósito para monitorizar
biopelículas y otros depósitos.
La presente invención se refiere a un método y un
aparato para medir el crecimiento de material biológico y la
deposición de contaminantes orgánicos e inorgánicos sobre
estructuras y a agentes de cribado útiles para regular el
crecimiento de material biológico y la deposición de contaminantes
orgánicos e inorgánicos. Más particularmente, la presente invención
se dirige a un método y un aparato para medir el crecimiento de
material biológico y la deposición de contaminantes orgánicos e
inorgánicos sobre estructuras.
Muchos procedimientos industriales, tales como la
fabricación de pulpa y papel, utilizan agua y/o otros materiales
líquidos en las etapas del procedimiento. Tales líquidos del
procedimiento proporcionan típicamente un excelente suministro de
carbón y nutrientes que favorece el crecimiento bacteriano. En los
molinos de papel, por ejemplo, las películas bacterianas
("biopelículas") se forman de manera no deseada y rápidamente
sobre la superficie del acero del equipo del procedimiento usado
durante la fabricación. Tales biopelículas están acompañadas
típicamente de exopolisacáridos protectores ("limo") y se dan
en la interfase de estas superficies de los equipos y en las
corrientes de agua del procedimiento. Adicionalmente, los
contaminantes inorgánicos, tales como carbonato de calcio
("escamas") y los contaminantes orgánicos se depositan a
menudo sobre estas superficies. Estos contaminantes orgánicos se
conocen típicamente como estacas (por ejemplo, resinas de la
madera) y adherentes (por ejemplo, gomas, adhesivos, cintas, y
partículas de cera).
El crecimiento de las biopelículas y la
deposición de estos contaminantes orgánicos e inorgánicos puede ir
en detrimento de la eficacia de tal equipo que causa tanto una
calidad reducida del producto como una eficacia de funcionamiento
reducida, y dificultades generales de funcionamiento en los
sistemas. La deposición de contaminantes orgánicos en los
reguladores de densidad y otras sondas de instrumentos pueden dar
lugar a que estos componentes no sean útiles, y los depósitos sobre
las pantallas pueden reducir y trastocar todo el funcionamiento del
sistema. Esta deposición puede tener lugar no sólo sobre las
superficies metálicas del sistema, sino también sobre las
superficies plásticas y sintéticas tales como alambres de la
máquina, fieltro, chapas de metal, cajas Uhle y componentes de la
caja superior (headbox). Las dificultades creadas por estos
depósitos incluyen interferencias directas con la eficacia de la
superficie contaminada, dando como resultado una reducción de la
producción, así como huecos, suciedad, y otros defectos de las
láminas que reducen la calidad y la utilidad del papel para las
operaciones que siguen como revestimiento, conversión o pintado.
Consecuentemente, son de gran importancia
industrial los métodos para prevenir o eliminar la aparición de
tales depósitos sobre la superficie de los equipos de molinos de
pulpa y de papel. Mientras que las máquinas de papel se pueden parar
para su limpieza, esto es indeseable ya que necesariamente da como
resultado una pérdida en la productividad de la máquina.
Adicionalmente, el producto producido antes de dicha limpieza a
menudo es de pobre calidad debido a la contaminación procedente de
los depósitos que interrumpe y se incorpora en los productos en
lámina. Asimismo, la eliminación de tales depósitos también da como
resultado necesariamente la formación de productos de pobre calidad
que se fabrican antes de la eliminación de dicho depósito. La
prevención de las deposiciones de tales contaminantes es, por tanto,
altamente preferida ya que permite producir productos de alta
calidad de forma consistente de una manera eficaz.
Adicionalmente, la deposición de limo y otros
contaminantes sobre la superficie metálica provoca tanto la
corrosión de tales superficies como la suciedad y la orificación de
los sistemas de molinos de pulpa y de papel. Típicamente, los
depósitos se introducen en el papel producido y producen la rotura
de las máquinas con los consiguientes parones de producción y la
pérdida de tiempo de producción. Estos depósitos también producen
inapreciables imperfecciones en el producto final, lo que da como
resultado retrasos y trabajo malgastado.
Estos problemas de contaminación han dado como
resultado la utilización extensiva de agentes de control de
contaminantes, tales como biocidas, en el agua usada en los
sistemas de molinos de pulpa y papel. Agentes que se han usado
ampliamente en tales aplicaciones incluyen cloruro,
organo-mercúricos, fenoles clorinados,
organo-bromuros, y diferentes compuestos
organo-sulfurados, todos los cuales son útiles,
generalmente, como biocidas pero cada uno de ellos tiene una
variedad de inconvenientes. Particularmente, el uso de composiciones
que comprenden alcohol polivinílico y gelatina, tales como los
descritos en la patente de Estados Unidos Nº 5.536.363 para Nguyen,
se ha encontrado que son muy adecuadas para regular las deposiciones
de contaminantes orgánicos en los sistemas de fabricación de pulpa
y de papel. Además, condiciones tales como la temperatura, pH y la
presencia de materiales orgánicos e inorgánicos varía mucho entre
los procedimientos de fabricación y dentro de los procedimientos de
fabricación, dando como resultado una necesidad de agentes que
sirvan para destruir y regular el crecimiento de tales materiales
que se forman sobre el equipo del procedimiento que funciona en
estas diferentes condiciones.
Se sabe hacer un seguimiento de la presencia de
biopelícula y otros materiales contaminantes en las corrientes de
agua del proceso, tal como a través de métodos y aparatos descritos
en las patentes de Estados Unidos Nº 2.090.077 para Thome, 5.049.492
para Sauer et al., 5.155.555 y 5.264.917 ambas para Wetegrove
et al., 6.017.459 para Zeiher et al., y 6.053.032
para Kraus et al., que permiten el muestreo del agua durante
los procedimientos de fabricación.
Como se ilustra en estas referencias, los métodos
y aparatos conocidos para determinar la presencia de contaminantes
en las corrientes de agua del proceso incluyen poner en contacto un
sustrato, conocido como estructura en la técnica, con una corriente
de agua del proceso durante un periodo de tiempo, eliminar el
sustrato de la corriente, y después someter la estructura a
análisis. Tal análisis típicamente implica tinción y microscopía,
inspección visual, o transmisión luminosa. Cada uno de estos
métodos y aparatos, sin embargo, tiene inconvenientes tales como que
requiere que la estructura se separe de la muestra que fluye y una
persona que realice el análisis. Además, la naturaleza cualitativa
de ciertos métodos, tales como la tinción y la microscopía, hace
difícil reproducir los resultados obtenidos cuando tales métodos son
parte de un diseño experimental.
Por consiguiente, existe una necesidad de un
método y un aparato que permita la medida cuantitativa continua y
automática de la deposición de la biopelícula y otros contaminantes
sobre una estructura en las corrientes de agua del proceso y que
permita la investigación de agentes útiles para regular la
deposición de los contaminantes.
En un aspecto del método de la presente
invención, la presente invención proporciona un método para medir
la deposición de contaminantes orgánicos e inorgánicos sobre una
estructura. El método incluye las etapas de: (i) incluir una
estructura en una muestra fluida; (ii) separar la estructura de la
muestra fluida; (iii) pesar la estructura. El peso de la estructura
aumenta con los contaminantes presentes en la muestra fluida
depositados sobre la estructura.
La presente invención también puede incluir la
etapa de permitir secarse la estructura durante un periodo
predeterminado de tiempo previo al pesado y puede incluir la etapa
de medir el peso de la estructura antes de incluir la estructura en
la muestra fluida. Las sucesivas medidas de peso se pueden realizar
a intervalos predeterminados y la diferencia entre estas medidas de
peso sucesivas se puede registrar. Además, la estructura se puede
separar de la muestra de fluido, que se puede proporcionar como una
corriente a través de la estructura, por desgote de la muestra
fluida desde la estructura. Se pueden añadir también, agentes de
control de contaminantes, tales como biocidas, manualmente o
automáticamente a la fuente de la muestra fluida para controlar la
presencia de contaminantes, tales como la biopelícula, en la
fuente.
En otro aspecto de la presente invención se
proporciona un aparato para medir la deposición de contaminantes,
tales como biopelícula, sobre una estructura. El aparato incluye un
tanque de reserva que incluye una cavidad de reserva para recibir
una estructura, un medio fluido de entrada en comunicación fluida
con la cavidad de reserva, un medio fluido de salida en
comunicación fluida con la cavidad de reserva, un miembro de
suspensión de la estructura adaptado para contener una estructura
dentro de la cavidad de reserva, y un sensor de peso acoplado al
miembro de suspensión de la estructura. La muestra de fluido entra
en contacto con una estructura contenida en el miembro de
suspensión de la estructura.
El aparato puede incluir además una estructura
sustancialmente alargada plana contenida en el medio de suspensión
de la estructura y puede incluir un sistema ordenador asociado con
el medio sensor de peso que es capaz de computar los datos
recibidos del sensor de peso para determinar el peso de la
estructura y cualquier deposición de contaminantes sobre ella. El
tanque de reserva puede incluir una válvula para desecar la muestra
de fluido de la cavidad de reserva.
Además, el aparato puede incluir una primera
línea de circuito de fluido en comunicación fluida con el tanque de
reserva, donde la primera línea de circuito de fluido permite a la
muestra de fluido entrar en el tanque de reserva. Adicionalmente,
el aparato puede incluir una segunda línea de circuito de fluido en
comunicación fluida con el tanque de reserva, donde la segunda
línea de circuito de fluido permite a la muestra de fluido salir
del tanque de reserva. También se puede incluir una bomba para
extraer la muestra de fluido de una fuente de fluido al tanque de
reserva.
La Figura 1 es una representación en diagrama de
el sistema y método de la presente invención.
La presente invención es adecuada para hacer un
seguimiento del crecimiento de la biopelícula y la deposición de
contaminantes orgánicos e inorgánicos, tales crecimientos y
depósitos se denominarán en adelante contaminantes, en una corriente
de agua del procedimiento así como para cribar agentes de control
de contaminantes, tales como biocidas, que sirven para regular la
deposición de contaminantes sobre la superficie del equipo. Tales
contaminantes incluyen, por ejemplo, bacterias, hongos, levadura,
algas, diatomeas, protozoos, macroalgas, y similares, que florecen
en el agua de proceso del papel debido a la presencia de materiales
orgánicos e inorgánicos en ella.
Con referencia a la Figura 1, se muestra un
sistema 100 de análisis de fluidos de la presente invención al
emplearlo en un sistema 101 de circuito cerrado. Se suspende una
estructura 102 de un sensor de peso 108 mediante un miembro de
suspensión de la estructura 104, tal como un brazo oscilante o fijo.
La estructura 102 es de una composición, tamaño y forma como el
modelo de superficies del equipo usado en los procedimientos
industriales. Por ejemplo, para medir la deposición de
contaminantes sobre la superficie del equipo tal como las
encontradas en los procedimientos de fabricación de pulpa y papel,
se usa una estructura de acero inoxidable ya que la superficie de
tal equipo está compuesta típicamente de acero. El miembro de
suspensión de la estructura 104 transfiere la fuerza del peso de la
estructura 102 al sensor de peso 108 que transduce una señal que
corresponde con el peso de la estructura 102 a un ordenador o
dispositivo que muestra los datos (no se muestra) asociado con el
sensor de peso 108. Antes de exponerlo a la muestra de fluido, la
estructura 102 se pesa para proporcionar una medida de base. El
ordenador permite las subsiguientes medidas de peso obtenidas para
ser analizadas y presentadas.
El sistema 100 incluye un tanque de reserva 106
que define una cavidad de reserva 107 para contener la estructura
102 y el agua del proceso 112 en ella. El tanque de reserva 106
incluye una pared cilíndrica 106a y una pared cónica 106b. La pared
cónica 106b se adapta para recibir el la válvula de desgote 118, que
es una válvula de flujo direccional. El sensor de peso 108 puede
ser cualquier dispositivo sensor capaz de medir la fuerza del peso
de la estructura 102 y puede incluir un medio para mostrar los
datos recibidos en él.
La estructura 102 se suspende dentro del tanque
de reserva 106 que está adaptado para recibir el agua de proceso
112. El agua de proceso 112 se suministra por una fuente 110, que
puede ser un recipiente de muestra o que puede ser común a la
corriente del agua de proceso. El agua de proceso 112 se retira
mediante una bomba 114 para que fluya a través de una primera línea
de circuito de fluido 120 que está en comunicación fluida con el
tanque de reserva 106. La válvula de control influente 116 ayuda al
flujo del agua de proceso 112. Cuando la válvula de desgote 118 está
cerrada, esta corriente de agua de proceso influente 112 provoca
que el agua de proceso 112 llene el tanque de reserva 106 y entre
en contacto con la estructura 102 suspendida en él.
El nivel de fluido dentro del tanque de reserva
106 se controla para que provoque el contacto del fluido con la
superficie completa de la estructura 102 sin esparcirse por la
parte superior del tanque de reserva 106. Esto puede lograrse
colocando una segunda línea de circuito de fluido 122 en
comunicación fluida con el tanque de reserva 106, como se muestra
en la Figura 1. La segunda línea de circuito de fluido 122 sirve
como un desvío para la corriente de agua de proceso efluente para
evitar que el tanque de reserva 106 fluya por arriba y se coloca de
forma deseable en un nivel donde la estructura 102 está sumergida
en el agua de proceso 112 durante el funcionamiento del sistema. El
agua de proceso 112 fluye a través de la segunda línea del circuito
de fluido 122 y retorna a la fuente 110. Como el agua de proceso
112 fluye sobre la superficie de la estructura 102, los
contaminantes procedentes del agua de proceso 112 se depositarán
sobre la estructura 102.
En un momento predeterminado, la válvula de
desgote 118 se abre, evitando que el agua de proceso 112 entre en la
parte superior del tanque de reserva 106, definido por la pared
cilíndrica 106a. Cuando la válvula de desgote 118 se abre, el agua
de proceso 112 dentro del tanque de reserva 106 se drena a una
tercera línea de circuito de fluido 124. La tercera línea de fluido
124 se puede drenar en una segunda línea de circuito de fluido 122,
como se muestra en la Figura 1, volviendo así el agua de proceso 112
a la fuente 110, o se puede abrir a otro medio de recogida
alternativo.
El tanque de reserva 106 puede o bien drenarse
completamente o bien de forma suficiente para exponerse
completamente la estructura 102.
La estructura 102 se deja secar,
subsiguientemente, durante un periodo de tiempo predeterminado,
dejando que se evapore el exceso de agua del proceso presente en la
superficie de la estructura 102. Como los contaminantes que se
depositan sobre la estructura 102 incluyen agua, el tiempo
predeterminado para dejar que la estructura 102 se seque debe ser
lo suficientemente largo para permitir que toda el agua del proceso
residual sobre la superficie de la estructura 102 se evapore pero no
tan largo como para dejar que toda el agua que es parte de los
depósitos naturales sobre la estructura 102 se evapore. Así, se
puede realizar una representación precisa de la formación de
biopelículas y la deposición de contaminantes.
En el tiempo predeterminado, el sensor de peso
108 mide el peso de la estructura 102 y los datos resultantes se
introducen en un ordenador (que no se muestra) asociado con el
sensor de peso 108. De la primera medida de peso que se toma se
resta el peso base de la estructura 102. El peso resultante
representa el peso de los contaminantes que se han depositado sobre
la estructura 102. Subsiguientemente, la válvula de desgote 118 se
cierra y la bomba 114 fuerza de nuevo al agua del proceso 112 a
través de la primera línea del circuito de fluido 120 y al interior
del tanque de reserva 106. El agua del proceso 112 se deja otra vez
fluir sobre la superficie de la estructura 102 durante un periodo
de tiempo después del cual el tanque de reserva 106 se drena, y la
estructura 102 se deja que se seque antes de pesarlo de la manera
indicada antes. Por consiguiente, se toman una serie de medidas de
peso con la diferencia marginal entre sucesivas medidas de peso de
la estructura 102 que representan el peso de los contaminantes que
se han depositado sobre la estructura 102 en el periodo de tiempo
de duración.
Un ordenador asociado con el sensor de peso 108
es capaz de analizar esta información para proporcionar una salida
detallada de los resultados. De esta manera, se puede determinar de
forma eficaz la efectividad de los tratamientos con biocidas del
agua del proceso 112 en la fuente 110. La presente invención puede
estar bajo el control de un ordenador, automatizando de forma
completa el procedimiento de funcionamiento de la válvula de
desgote 118, la bomba 114, y el sensor de peso 108. Así, la presente
invención se puede usar en procedimientos industriales de forma que
los agentes biocidas se añaden de forma automática al agua del
proceso 112 en la fuente 110 cuando se detecta una deposición de
contaminantes inaceptable. Además, las medidas de la formación
continua de depósitos sobre la estructura 102 permite la
determinación de la eficacia de los distintos tratamientos biocidas
y permite la optimización de tales tratamientos.
Como se ve claro para un experto en la técnica,
la presente invención es adecuada para el análisis de muestras de
fluidos presentes en procedimientos industriales, tales como la
fabricación de pulpa y papel, así como en técnicas de ensayo
experimentales. Por ejemplo, cuando el flujo natural de aguas
blancas 112 proporciona suficiente fuerza para mover el agua blanca
112 a través de la primera línea del circuito de fluido 120 y al
interior del tanque de reserva 106, la bomba 114 no se necesita. Por
consiguiente, aunque la presente invención se ha mostrado y
descrito aquí, se debe entender que la descripción anterior y los
dibujos que la acompañan se ofrecen a modo de ilustración solamente
y no como limitación. La limitación se la invención se define en las
siguientes reivindicaciones.
Claims (17)
1. Un método para medir la deposición de
contaminantes sobre una estructura, que comprende las etapas de:
introducir una estructura en una muestra de
fluido contenida en un recipiente de reserva;
separar dicho fluido de dicha estructura; y
pesar dicha estructura y dicho recipiente de
reserva;
donde el peso de dicha estructura
aumenta cuando los contaminantes presentes en dicha muestra de
fluido se depositan sobre dicha
estructura.
2. El método de la reivindicación 1, que
comprende además la etapa de permitir que dicha estructura se seque
durante un periodo de tiempo predeterminado antes de dicha etapa de
pesado.
3. El método de la reivindicación 1, en el que
dicha etapa de separación comprende además el desgote de dicha
muestra de fluido desde dicho recipiente de reserva;
4. El método de la reivindicación 1, en el que
dicha muestra de fluido se proporciona como una corriente a través
de dicha estructura.
5. El método de la reivindicación 1, que
comprende además la etapa de medir el peso de dicha estructura
antes de dicha etapa de su introducción en el recipiente de
reserva.
6. El método de la reivindicación 1, que
comprende además la etapa de tomar sucesivas medidas de peso de
dicha estructura en intervalos de tiempo predeterminados.
7. El método de la reivindicación 6, que
comprende además la etapa de registrar la diferencia entre dichas
medidas de peso sucesivas.
8. El método de la reivindicación 1, que
comprende además la etapa de provocar que agentes biocidas a ser
añadidos a la fuente de dicha muestra de fluido controlen la
deposición de dichos contaminantes.
9. El método de la reivindicación 8, en el que
dichos agentes biocidas se añaden automáticamente a dicha muestra de
fluido en respuesta a las medidas tomadas durante dicha etapa de
pesado.
10. Un aparato para medir la deposición de
contaminantes sobre una estructura, que comprende:
un tanque de reserva que define una cavidad de
reserva para recibir la estructura;
un medio de entrada de fluido en comunicación
fluida con dicha cavidad de reserva;
un medio de salida de fluidos en comunicación
fluida con dicha cavidad de reserva;
un miembro de suspensión de la estructura
adaptada para contener la estructura dentro de dicha cavidad de
reserva; y
un sensor de peso acoplado a dicho miembro de
suspensión de la estructura, donde dicha muestra de fluido está en
contacto con la estructura contenida en dicho miembro de suspensión
de la estructura.
11. El aparato de la reivindicación 10, donde
dicho aparato comprende además una estructura sostenida por dicho
medio de suspensión de la estructura.
12. El dispositivo de la reivindicación 11, en el
que dicha estructura es un miembro sustancialmente elongado
plano.
13. El aparato de la reivindicación 10, en el que
dicho tanque de reserva comprende además una válvula de desgote de
dicha muestra de fluido desde dicha cavidad de reserva.
14. El aparato de la reivindicación 10, que
comprende además un ordenador que está asociado con dicho medio
sensor de peso, siendo capaz dicho ordenador de computar los datos
recibidos de dicho sensor de peso para así determinar el peso de
dicha estructura y de cualquier deposición de biopelícula sobre la
misma.
15. El aparato de la reivindicación 10, que
comprende además una primera línea de circuito de fluido en
comunicación fluida con dicho tanque de reserva, donde dicha
primera línea de circuito de fluido permite que dicha muestra de
fluido entre en dicho tanque de reserva.
16. El aparato de la reivindicación 10, que
comprende además una segunda línea de circuito de fluido en
comunicación fluida con dicho tanque de reserva, donde dicha
segunda línea de circuito de fluido permite que dicha muestra de
fluido salga de dicho tanque de reserva.
17. El aparato de la reivindicación 10, que
comprende además un bomba para extraer dicha muestra de fluido de
dicha fuente de fluido a dicho tanque de reserva.
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