ES2249930T3 - Dispositivo de monitorizacion del bioensuciamiento y procedimientos para la monitorizacion y deteccion del bioensuciamiento. - Google Patents
Dispositivo de monitorizacion del bioensuciamiento y procedimientos para la monitorizacion y deteccion del bioensuciamiento.Info
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Abstract
Un dispositivo de monitorización del bioensuciamiento compuesto por: a) una columna con una entrada y una salida; b) una línea de alimentación de nutrientes para microorganismos situada aguas arriba de dicha entrada: c) un primer detector de presión situado aguas arriba de dicha entrada destinado a medir la presión de flujo y un segundo detector de presión situado aguas abajo de dicha salida para medir la presión de flujo: y d) opcionalmente, un sistema de calentamiento de la columna;
Description
Dispositivo de monitorización del
bioensuciamiento y procedimientos para la monitorización y
detección del bioensuciamiento.
La presente invención se refiere al
bioensuciamiento de diversos sistemas que contienen soluciones
acuosas y más particularmente se refiere a dispositivos de
vigilancia para detectar y registrar el bioensuciamiento, y a los
procedimientos para la monitorización y detección del
bioensuciamiento.
El bioensuciamiento sobre las superficies
representa un importante problema económico en muchos procesos
acuosos y sistemas de manipulación de agua, tanto comerciales como
industriales. El ensuciamiento está causado por la biomasa, que es
la acumulación de microorganismos o sustancias extracelulares, y
por la suciedad o desechos que quedan atrapados en la biomasa.
Entre los organismos responsables de la acumulación de la biomasa
se encuentran las bacterias, hongos, levaduras, diatomeas y
protozoos, entre muchos otros. Si no se controla, el
bioensuciamiento provocado por estos organismos puede interferir
con las operaciones del proceso, disminuir la eficacia de los
procesos, derrochar energía y degradar la calidad del producto.
Los sistemas de agua de refrigeración usados en
las plantas de generación eléctrica, refinerías, plantas químicas,
sistemas de acondicionamiento del aire, y demás operaciones
comerciales e industriales presentan frecuentemente problemas de
formación de biopelículas. Una biopelícula es la acumulación de
capas de organismos. Los sistemas de agua de refrigeración suelen
presentar contaminación por organismos aéreos arrastrados por el
aire/agua hasta las torres de refrigeración, así como los
organismos acuáticos del suministro de agua del sistema. El agua de
tales sistemas constituye en general un medio de crecimiento
excelente para estos organismos. Si no se controla, el
bioensuciamiento por biopelículas resultante de dicho crecimiento
puede obstruir las torres, bloquear las tuberías, y recubrir las
superficies de transmisión de calor con capas de lodos, lo que
impide un funcionamiento correcto y reduce la eficacia de los
equipos.
Los procesos industriales sujetos al
bioensuciamiento incluyen los dedicados a la fabricación de pasta
de papel, papel, cartón y materiales textiles, en particular de
tejidos fabricados en base acuosa que no sean de lana. Por ejemplo,
las máquinas papeleras manejan volúmenes muy grandes de agua en
sistemas de recirculación llamados "sistemas de aguas
blancas". Las aguas blancas contienen una dispersión de pasta de
papel. Típicamente, la alimentación de una máquina papelera
contiene únicamente alrededor de un 0,5% de sólidos para la
fabricación de papel fibroso y no fibroso, lo que significa que
para cada tonelada de papel casi 200 toneladas de agua pasan a
través de la maquina papelera, la mayor parte de la cual se
recircula en el sistema de aguas blancas.
Estos sistemas de aguas constituyen un excelente
medio de crecimiento para los microorganismos, lo que puede
desembocar en la formación de lodos microbianos en los depósitos
principales, en las líneas de agua y en la maquinaria para la
fabricación de papel. Tales masas de lodo no sólo interfieren con
los flujos de agua y de productos, sino que cuando no se controla,
puede provocar manchas o agujeros en el papel así como roturas de
la red, todos los cuales se traducen en costosas interrupciones de
las operaciones de las máquinas papeleras.
Tradicionalmente, el control de la actividad
microbiana ha estado reservado a productos químicos tóxicos. Las
patentes de EE.UU. nº 3,959,328, 4,054,542, y 4,285,765 incluyen
ejemplos de los procedimientos que se basan en la destrucción de los
microorganismos agresivos con productos químicos tóxicos. La mayor
parte del esfuerzo investigador se ha centrado en estos
procedimientos, debido a la lógica necesidad de eliminar el
problema mediante la destrucción de los organismos agresivos y
debido al gran número de productos químicos orgánicos e inorgánicos
capaces de matar a los microorganismos.
Se han realizado varios intentos de controlar los
efectos negativos de la actividad biológica que evitan el uso de
productos químicos tóxicos o mitigan su uso o impacto sobre el
medio ambiente. Por ejemplo, las patentes de EE.UU. nº 3,773,623 y
3,824,184, ambas de Hatcher y col., se refieren al uso de la enzima
levano hidrolasa con el propósito de controlar la formación de
lodos bacterianos en los sistemas de aguas industriales.
Si bien se están realizando esfuerzos
continuamente a fin de controlar o evitar el bioensuciamiento, los
sistemas de aguas, y especial los sistemas de aguas industriales,
aún necesitan su parada para proceder a las tareas de limpieza o
eliminación del bioensuciamiento que se ha acumulado y que no se
previno mediante la introducción de composiciones para el control
del bioensuciamiento. Aunque la introducción de las composiciones
microbicidas o antiensuciamiento reduce el número de veces que debe
pararse un sistema para su limpieza, resultaría beneficioso contar
con un sistema de monitorización del bioensuciamiento que
permitiese al usuario determinar en qué momento el bioensuciamiento
ha alcanzado unos niveles que hacen necesario la parada y limpieza
de sistema. De lo contrario, si los usuarios de los sistemas de
aguas no son conscientes de la acumulación de bioensuciamiento,
éste puede desembocar en la producción de productos de baja
calidad, como papel con manchas o agujeros, o puede llegar niveles
aún más perjudiciales, que provoquen la obstrucción de diversas
tuberías de alimentación al sistema acuoso. Por consiguiente, lo
más preferible es contar con un sistema de alerta temprana que
informe a los usuarios del sistema de aguas de una situación de
potencial bioensuciamiento que necesita corrección, bien mediante
la introducción de más productos químicos o mediante una parada del
sistema. Si los usuarios de los sistemas de aguas son conscientes
con antelación de que es necesario realizar una parada, pueden
realizarse planes anticipados para, por ejemplo, finalizar una
tirada de papel o incrementar la cantidad de productos químicos en
el sistema acuoso, de modo que se evite la obtención de productos
de baja calidad o los daños de los equipos del sistema acuoso.
Las patentes de EE.UU. nº 4,176,544, 4,686,853 y
5,190,728 describen dispositivos de monitorización del
ensuciamiento y procedimientos para predecir la tendencia de
ensuciamiento de un líquido. Las patentes de EE.UU. nº 4,176,544 y
4,686,853 se refieren a la monitorización continua del cambio de la
presión a lo largo de una sección de líquido de prueba durante un
período de tiempo, y correlacionando estos datos con el grado de
ensuciamiento observado. La patente de EE.UU. nº 5,190,728 ilustra
un procedimiento para predecir la posibilidad de ensuciamiento
diferenciando entre ensuciamiento químico y biológico de un sistema
fluido, que implica la alimentación al sistema de un exceso de
oxígeno disuelto y de un nutriente microbiológico.
Un aspecto de la presente invención consiste en
proporcionar un dispositivo de monitorización del bioensuciamiento
y procedimientos para la detección o monitorización del
bioensuciamiento.
Otro aspecto de la presente invención consiste en
proporcionar un sistema de monitorización del bioensuciamiento que
detecte el bioensuciamiento de forma anticipada, de modo que puedan
tomarse acciones correctivas.
Los aspectos y ventajas adicionales de la
presente invención se expondrán en parte en la descripción
siguiente, y en parte resultarán obvias a partir de la descripción,
o se pueden aprender con la práctica de la presente invención. Los
objetivos y demás ventajas de la presente invención resultarán
obvios a partir de la lectura del presente documento, en particular
de la descripción escrita y de las reivindicaciones.
A fin de alcanzar esta y otras ventajas según los
propósitos de la presente invención, según se indica en las
distintas realizaciones y se describe ampliamente en este
documento, la presente invención se refiere a un dispositivo de
monitorización del bioensuciamiento que incluye una columna con una
entrada y una salida. El dispositivo de monitorización cuenta
asimismo con una línea de alimentación de nutrientes para
microorganismos situada aguas arriba de la entrada y también un
primer detector de presión situado aguas arriba de la entrada
destinado a medir la presión de flujo y un segundo detector de
presión situado aguas abajo de la salida para medir la presión de
flujo.
La presente invención se refiere asimismo a un
dispositivo de monitorización del bioensuciamiento compuesto por
los componentes citados anteriormente, a saber, la columna, la
línea de alimentación de nutrientes para microorganismos y los
detectores de presión, así como un sistema de recirculación
conectado a la entrada. Esta recirculación se localiza aguas abajo
de la línea de alimentación y también está conectada a la salida,
de modo que se mantenga una alimentación presurizada a lo largo de
la columna. En esta realización, el dispositivo de monitorización
del bioensuciamiento también cuenta con un material de relleno
inerte en el interior de la columna. La cantidad de material de
relleno inerte de la columna será tal que no impida el paso de un
material líquido a través de la columna.
Además, la presente invención se refiere a un
procedimiento para monitorizar o detectar el bioensuciamiento de
forma anticipada en una solución acuosa. El procedimiento implica
el paso de al menos una parte de la solución acuosa a través de una
columna con una entrada y una salida. Normalmente la solución
acuosa se hace pasar a través de la columna de forma continua. Se
introduce un nutriente para microorganismos en una parte de la
solución acuosa en un punto aguas arriba de la entrada. Las
presiones de flujo de la parte de la solución acuosa que pasa a
través de la columna se miden en un primer punto antes de la
entrada y en un segundo pinto después de la entrada de forma
continua o discontinua, y se calcula la presión diferencial basada
en estas mediciones. A partir de estas mediciones de la presión
diferencial, es posible monitorizar la magnitud de bioensuciamiento
y puede determinarse si se está produciendo bioensuciamiento o si
está aumentando el nivel del bioensuciamiento presente en el
sistema acuoso. Los nutrientes para microorganismos que se
alimentan a la solución antes de la entrada actúan como medio para
acelerar el bioensuciamiento del sistema acuoso, y por consiguiente
sirven como mecanismo de alerta temprana, dado que tal aceleración
del bioensuciamiento sirve como elemento de predicción del
bioensuciamiento que se producirá en el sistema acuoso global.
Se ha de entender que tanto la descripción
general anterior como la descripción detallada siguiente sirven
únicamente como ejemplo y explicación y pretenden explicar con
mayor detalle la presente invención, según se reivindica.
Los dibujos adjuntos, que se incorporan y forman
parte de esta solicitud, ilustran varias realizaciones de la
presente invención y, junto con la descripción, sirven para
explicar los principios de algunas de las realizaciones de la
presente invención.
La figura 1 es una vista esquemática de una
realización del dispositivo de monitorización del bioensuciamiento
de la presente invención.
La figura 2 es una vista esquemática de otra
realización del dispositivo de monitorización del bioensuciamiento
de la presente invención.
Las figuras 3-6 son gráficos que
describen el registro de la presión a lo largo del tiempo obtenido
en el ejemplo, mostrando la acumulación de bioensuciamiento que
actúa como elemento de predicción temprana del bioensuciamiento que
se producirá en la totalidad del sistema acuoso.
La figura 7 es una fotografía de una realización
de un dispositivo de monitorización del bioensuciamiento autónomo
de la presente invención.
La presente invención se refiere a un dispositivo
de monitorización del bioensuciamiento y a un procedimiento para
detectar o monitorizar el bioensuciamiento en un sistema acuoso
como puede ser un sistema de aguas. Para el propósito de la
presente solicitud, los sistemas acuosos o de aguas puede ser
cualquier sistema que incluya sistemas de aguas industriales. Los
ejemplos de sistemas de aguas o sistemas acuosos incluyen, sin
limitación, a sistemas de aguas empleados con los procesos de
fabricación de papel, torres de refrigeración y líquidos de la
industria metalúrgica. Por lo general, estos diversos sistemas
presentan superficies susceptibles al bioensuciamiento, como pueden
ser las superficies de transferencia de calor, tuberías, depósitos
principales y equipos de fabricación de papel, y depósitos de
almacenamiento y recipientes de reacción de líquidos.
Para los propósitos de la presente invención,
bioensuciamiento se refiere al ensuciamiento está causado por la
biomasa, que es la acumulación de microorganismos o sustancias
extracelulares, y por la suciedad o desechos que quedan atrapados
en la biomasa. Entre los organismos responsables de la acumulación
de la biomasa se encuentran las bacterias, hongos, levaduras,
diatomeas, protozoos, combinaciones de los anteriores y otros
microorganismos, entre muchos otros.
Con respecto al dispositivo de monitorización de
la presente invención, el dispositivo de monitorización cuenta al
menos con una columna con una entrada y una salida. El dispositivo
de monitorización cuenta asimismo con una línea de alimentación de
nutrientes para microorganismos situada aguas arriba de la entrada
de la columna. Además, el dispositivo de monitorización cuenta con
un primer detector de presión situado aguas arriba de la entrada
destinado a medir la presión de flujo y un segundo detector de
presión situado aguas abajo de la salida para medir la presión de
flujo.
La columna con una entrada y una salida puede ser
cualquier tipo de columna hueca que permita el flujo de un
material de tipo acuoso a través del interior de la misma. La
columna puede tener cualquier forma y tamaño. Por ejemplo, la
columna puede ser circular, cuadrada, rectangular, triangular o de
cualquier otra forma geométrica, siempre y cuando sea hueca y
permita el paso de un material de tipo acuoso. Preferiblemente, la
columna es circular. De igual modo, la columna puede tener
cualquier longitud. Por ejemplo, la columna puede tener una
longitud comprendida entre unos 2 cm y unos 200 cm. Preferiblemente,
la longitud de la columna se encuentra entre unos 5 cm y unos 100
cm, más preferiblemente entre unos 5 cm y unos 30 cm, y lo más
preferiblemente, entre unos 15 cm y unos 25 cm. Asimismo, la
columna puede tener cualquier diámetro interno o área transversal
interna. Preferiblemente, este diámetro o área transversal interna
se encuentra entre unos 0.1 cm^{2} y unos 100 cm^{2}, o más
preferiblemente entre unos 0 , 2 cm^{2} y unos 20 cm^{2}, y lo
más preferiblemente entre unos 1 cm^{2} y unos 3 cm^{2}. De
forma ideal, la longitud y el diámetro o área transversal serán
tales que una pequeña bomba pueda mantener una presión a través de
la columna, y por tanto, las columnas que presenten mayores
diámetros o áreas transversales y mayores longitudes requerirán
mayores caudales volumétricos, por lo que no se prefieren siempre
que se prefiera o precise una unidad de monitorización móvil
autónoma.
La columna puede estar hecha de cualquier
material anticorrosivo, como puede ser plástico, vidrio, material
cerámico como microesferas de vidrio de borosilicato, o de un metal
anticorrosivo, como por ejemplo acero inoxidable. Sin duda, pueden
emplearse otros materiales anticorrosivos. Por lo general, el
espesor de la pared de la columna, medido como la mitad de la
diferencia entre el diámetro exterior y el diámetro interior, debe
ser suficiente para evitar su ruptura, teniendo en cuenta la
presión del líquido que circule a través de la columna.
Preferiblemente, este espesor debe encontrarse entre unos 0,1 cm y
aproximadamente 1 cm, y lo más preferiblemente, entre unos 0,2 cm y
unos 0,5 cm.
Normalmente, aunque no es necesario, es
preferible que la columna tenga el mismo diámetro interior o área
transversal en toda su longitud. Asimismo, el diámetro interior o
área transversal de la entrada y la salida son preferiblemente
iguales, a fin de mantener un caudal uniforme a través de la
columna.
Con respecto a la línea de alimentación de
nutrientes para microorganismos, que está situada aguas arriba de
la entrada de la columna, puede utilizarse cualquier nutriente que
promueva el crecimiento de los microorganismos. Por ejemplo, la
alimentación de nutrientes para microorganismos puede ser una
formulación de glucosa que contenga agua y glucosa.
Preferiblemente, la glucosa y otra alimentación de nutrientes
estará presente en una concentración de entre unas 0,5 ppm y unas
1000 ppm, más preferiblemente entre unas 5 ppm y unas 500 ppm y lo
más preferiblemente entre unas 10 ppm y unas 200 ppm. Sin duda,
pueden emplearse otros caudales de alimentación, dependiendo del
sistema específico empleado. Normalmente, la alimentación de
nutrientes para microorganismos está presente en un depósito de
reserva desde el que se alimenta mediante una bomba hasta la línea
que contiene la solución acuosa que se está enviando a la entrada
de la columna.
La cantidad de alimentación de nutrientes para
microorganismos que se introduce en el sistema de monitorización
normalmente es la suficiente para promover el crecimiento de al
menos un microorganismo en o sobre las superficies de la columna o
de cualquier material inerte situado en el interior de la misma. El
propósito de la alimentación de nutrientes para microorganismos
consiste en crear un entorno óptimo para el crecimiento de los
microorganismos de forma acelerada. Al promover dicho crecimiento
acelerado, el bioensuciamiento se producirá a mayor velocidad en
comparación con la velocidad de bioensuciamiento que tiene lugar en
el sistema de aguas completo. Al monitorizar este crecimiento
acelerado de los microorganismos, y por tanto el bioensuciamiento
acelerado, puede realizarse una predicción con respecto al
bioensuciamiento que tendrá lugar en el sistema acuoso o de aguas
global sujeto a bioensuciamiento. Por consiguiente, el sistema de
monitorización del bioensuciamiento de la presente invención puede
configurarse de modo que incluya un sistema de alerta temprana
capaz de predecir con exactitud el bioensuciamiento que se
producirá en el sistema de aguas o sistema acuoso global. Si se
alimentan grandes cantidades de nutriente para microorganismos al
sistema de monitorización, se producirá el bioensuciamiento de
forma mucho más rápida en el sistema de monitorización que en el
sistema acuoso global que se está monitorizando. Si se alimentan
pequeñas cantidades de nutriente para microorganismos al sistema de
monitorización, entonces no se conseguirá una alerta tan
anticipada, dado que la acumulación de bioensuciamiento sólo será
ligeramente más rápida que la acumulación global de
bioensuciamiento en el sistema de aguas. Para los propósitos de la
presente invención, cada uno de los sistemas acuosos o de aguas que
se estén monitorizando pasará por periodos de orientación
destinados a determinar el tipo de alerta anticipada deseada, y
también será necesario determinar la correlación entre la
acumulación de bioensuciamiento en la columna y el bioensuciamiento
real que tiene lugar en el sistema acuoso. Así pues, cuando se
utiliza el dispositivo de monitorización del bioensuciamiento por
primera vez en un sistema acuoso, se recomienda limpiar él sistema
acuoso o pararlo para proceder a la eliminación del
bioensuciamiento y cuando el sistema acuoso se ponga de nuevo en
marcha el dispositivo de monitorización del bioensuciamiento podrá
obtener una lectura precisa del bioensuciamiento que se está
produciendo en el sistema acuso frente a la acumulación de
bioensuciamiento en el sistema de monitorización. Una vez
determinada la correlación entre el bioensuciamiento real que se
está produciendo en el sistema acuoso y el bioensuciamiento
previsto que tiene lugar en la columna, el usuario del sistema de
monitorización podrá apreciar el tipo de alerta anticipada que el
sistema de monitorización le está facilitando y podrá decidir si
incrementa la anticipación de la alerta o si la disminuye, en
función de la cantidad de nutriente para microorganismos que se
está alimentando a la columna. Otros factores que pueden controlar
la magnitud del bioensuciamiento que se está produciendo en la
columna son el tamaño y la forma de material de relleno, el caudal
de recirculación a través de la columna y la cantidad de solución
acuosa del sistema acuoso que se introduce desde la válvula de
entrada. En otras palabras, si se está utilizando un sistema de
recirculación, cuanto más fino sea el material de relleno o cuanto
mayor sea la recirculación de la solución acuosa existente en el
sistema de monitorización, o cuanta más solución acuosa se
introduzca desde el sistema acuoso, más rápida será la respuesta a
la acumulación de bioensuciamiento.
En lo que respecta a los detectores de presión,
el sistema de monitorización cuenta con al menos dos detectores.
El primer detector de presión se encuentra en la entrada de la
columna para monitorizar la presión de la solución acuosa que se
introduce en la columna y un segundo detector de presión se sitúa
en la salida o cerca de la salida de la columna a fin de
monitorizar la presión de la solución acuosa que sale de la misma.
A continuación, estas dos lecturas de presión pueden compararse
para monitorizar cualquier caída de presión que se produzca. Al
controlar la diferencia de presión entre los dos detectores y
representar estas mediciones se puede observar un patrón de
diferenciales de presión cambiantes, que representa la acumulación
de bioensuciamiento. En otras palabras, a medida que aumenta la
diferencia de presión, aumenta la acumulación de bioensuciamiento
en la columna, dado que esta acumulación provoca un aumento de la
resistencia al flujo de la solución acuosa a través de la columna y
por consiguiente aumenta la presión en la entrada de la columna con
respecto a la salida de la misma. Gracias a la monitorización de
este diferencial de presión basado en estas lecturas de los
detectores de presión, puede obtenerse una idea clara de la
acumulación de bioensuciamiento en el sistema acuoso global. Los
detectores de presión que pueden utilizarse en la presente
invención pueden ser de cualquier tipo capaz de registrar presiones
de flujos de agua, como por ejemplo transductores
electromecánicos.
Normalmente, la presión de la solución acuosa
introducida por la entrada de la columna puede tener cualquier
presión que pueda ajustarse empleando al menos una bomba en el
sistema de monitorización. Normalmente, la presión, si no se
utiliza un sistema de recirculación, variará entre unos 0,1 mbar y
unos 1000 mbar, y más preferiblemente entre aproximadamente 1 mbar
y unos 100 mbar. Sin duda, pueden emplearse otros valores de
presión, dependiendo del sistema acuoso específico que se esté
monitorizando.
En una realización preferida de la presente
invención, se utiliza un sistema de recirculación. Básicamente, el
sistema de recirculación recircula la solución acuosa que pasa a
través de la columna. Este sistema de recirculación tiene al menos
dos objetivos. Por una parte, el sistema de recirculación permite
conseguir una presión uniformemente superior de la solución acuosa
a través de la columna, que puede ajustarse en función de las
necesidades del sistema de monitorización específico. Por otra
parte, el segundo objetivo del sistema de recirculación, tal y como
se mencionó anteriormente, consiste en recircular la solución
acuosa a través de la columna, evitando con ello la introducción de
grandes volúmenes de solución acuosa fresca desde el sistema acuoso
global, que de lo contrario seria necesaria para mantener la
presión requerida. La introducción de grandes volúmenes de
solución acuosa fresca introduce residuos suspendidos que pueden
obstruir la columna y, además, pueden expulsar a los
microorganismos de la columna antes de que puedan multiplicarse y
dar lugar al bioensuciamiento. Habitualmente, el sistema de
recirculación tendrá un punto de entrada antes de la entrada de la
columna y aguas arriba de la línea de alimentación de nutrientes
para microorganismos, estando su punto de salida tras la salida de
la columna. Según se ha indicado, el sistema de recirculación puede
crear cualquier tipo de presión de agua a través de la columna,
como por ejemplo entre unos 0,1 mbar y unos 1000 mbar, más
preferiblemente entre unos 0,5 mbar y unos 200 mbar, y lo más
preferiblemente entre aproximadamente 1 mbar y unos 100 mbar. Puede
utilizarse cualquier bomba capaz de mantener tales presiones, como
puede ser una bomba peristáltica. Además, aun cuando se esté
utilizando un sistema de recirculación, el sistema de
monitorización global seguirá permitiendo la salida de al menos una
parte de la solución acuosa, que saldrá por la salida de la
columna. Esta salida de al menos una parte de la solución acuosa
permitirá la introducción de solución acuosa fresca desde el
sistema acuoso global a fin de mantener una representación exacta
del agua que fluye a través del sistema acuoso global, lo que
facilitará una indicación más precisa del bioensuciamiento. El
caudal de solución acuosa que existe en el sistema de
monitorización global en un depósito de reserva o aguas abajo del
punto de entrada está comprendido entre unos 0,1 y unos 2000
ml/min. Por consiguiente, la introducción de solución acuosa fresca
en el sistema de monitorización tiene lugar mediante una línea de
aporte que bombea solución acuosa adicional al sistema de
monitorización en un punto anterior o posterior al punto de entrada
de la recirculación. El caudal de la solución acuosa fresca que se
introduce en el sistema de monitorización con un sistema de
recirculación puede variar entre unos 0.1 ml/min y unos 2000
ml/min, más preferiblemente desde unos 0,5 ml/min y unos 10 ml/min,
y lo más preferiblemente desde aproximadamente 1 ml/min hasta unos
3 ml/min.
Otra opción preferida de la presente invención
consiste en la inclusión de material de relleno inerte en la
columna. La cantidad de este material de relleno inerte no debe
exceder de una cantidad que impida el paso de ningún material
líquido a través de la columna. Si bien puede emplearse cualquier
material de relleno inerte, pueden citarse, sin limitación, rocas,
vidrio, metales anticorrosivos, materiales cerámicos o una
combinación de los anteriores. Un material de relleno inerte
preferido consta de al menos una bola de acero inoxidable. La
cantidad de material de relleno inerte depende del tamaño del
interior de la columna, así como de la cantidad de área superficial
que el usuario desee establecer como entorno para la acumulación de
bioensuciamiento.
La figura 1 muestra una vista esquemática de una
realización de la presente invención. En esta figura, una columna
de ensuciamiento 51 se encuentra entre un detector de la presión de
entrada 43 y un detector de la presión de salida 54. Se incluye una
bomba de recirculación 52 de modo que se recircule una solución
acuosa con nutrientes para microorganismos a través de la columna
51. Una bomba de aporte 55 bombea solución acuosa fresca desde el
sistema acuoso (a través de la entrada 60) que se introducirá con la
solución acuosa recirculada, tal y como se observa en la figura 1.
Una bomba de nutrientes 56 bombea los nutrientes para
microorganismos desde el depósito de nutrientes 57, y estos
nutrientes entran en la columna según se muestra en la figura 1.
Una parte de la solución acuosa con nutrientes para microorganismos
empleada sale del sistema de la columna en el punto A y regresa al
sistema acuoso en un punto aguas abajo de la entrada, a través de
la corriente de salida 59. Se puede utilizar una válvula de 4 vías
58 según se muestra en la figura 1 que permita crear una red de
derivación en caso de que sea necesario.
Otra realización de la presente invención implica
un segundo sistema de monitorización del bioensuciamiento que
puede funcionar en paralelo con el primer sistema de
monitorización. Así pues, puede utilizarse una segunda columna con
una entrada y una salida, con una línea de alimentación de
nutrientes para microorganismos opcional localizada aguas arriba de
la entrada de la segunda columna. Esta segunda columna, al igual
que la primera columna descrita anteriormente, también contará al
menos con dos detectores de presión y opcionalmente con un segundo
sistema de recirculación. Del mismo modo, cabe la posibilidad de
introducir material de relleno en la columna. Este segundo sistema
de monitorización del bioensuciamiento puede utilizarse para
multitud de propósitos. En primer lugar, el sistema de
monitorización del bioensuciamiento puede emplearse simplemente
como un control que se limita a pasar solución acuosa del sistema
acuoso a través de la columna sin alimentar ningún micronutriente.
Alternativamente, el segundo sistema de monitorización puede
emplearse como comprobación del primer sistema de monitorización a
fin de obtener un promedio preciso del bioensuciamiento previsto
que se está produciendo en caso de que se empleen líneas de
alimentación de nutrientes en ambos sistemas de monitorización.
La figura 2 muestra una realización de un sistema
de dos columnas. La primera columna y sus conexiones son idénticas
a las descritas en la figura 1, y los números indican las mismas
partes y su situación. Además de estas conexiones, según se muestra
en la figura 2, una segunda columna 63 se encuentra entre un
detector de la presión de entrada 62 y un detector de la presión de
salida 61, Una segunda bomba de recirculación 64 se encuentra
situada según se muestra en la figura 1 a fin de recircular la
solución acuosa que puede contener opcionalmente nutrientes o puede
simplemente recircular la misma cantidad de solución acuosa que la
bomba de recirculación 52, con el objetivo de mantener un control
preciso. Se incluye una bomba de aporte 65 destinada a introducir
solución acuosa fresca. A y A' representan los puntos en los que la
solución acuosa sale de los sistemas de columnas para introducirse
nuevamente en el sistema acuoso, según lo descrito
anteriormente.
En vista de lo anterior, la presente invención se
refiere igualmente a un procedimiento para monitorizar o detectar
el bioensuciamiento de forma anticipada en un sistema acuoso. Este
procedimiento implica el uso de uno o más sistemas de
monitorización del bioensuciamiento según lo descrito
anteriormente. Entrando en más detalles, el procedimiento para la
monitorización o detección del bioensuciamiento de forma anticipada
implica el paso de al menos una parte de la solución acuosa de
forma continua a través de una columna con una entrada y una
salida. El procedimiento implica asimismo la introducción de un
nutriente para microorganismos en la solución acuosa para pasarla a
través de la columna en un punto aguas arriba de la entrada de la
columna. El procedimiento también implica la medición de las
presiones de flujo a través de la columna en la entrada y la salida
de forma continua y discontinua, Es posible determinar el
diferencial de presión basado en estas mediciones, siendo posible
calcular una correlación al objeto de determinar el
bioensuciamiento previsto que tendrá lugar en el sistema acuoso
global.
Al objeto de conseguir un entorno que optimice la
acumulación de bioensuciamiento en la columna, pueden emplearse
unidades de calentamiento destinadas a mantener una temperatura de
la solución acuosa que circula a través de la columna que sea
suficiente para promover el crecimiento de los microorganismos. Por
lo general, la temperatura de la solución acuosa que circula a
través de la columna se encuentra preferiblemente entre unos 80ºF
y 140ºF (27ºC a 60ºC), y más preferiblemente entre unos 90ºF y unos
100ºF (32ºC y 38ºC). Las unidades de calentamiento pueden elegirse
entre cualquier unidad de calentamiento capaz de mantener
soluciones acuosas a una temperatura deseada. Entre las unidades de
este tipo se incluyen, sin limitación, las citas o mantas
térmicas.
Para los propósitos de la presente invención, las
diversas partes del dispositivo de monitorización del
bioensuciamiento de la presente invención pueden conectarse entre
sí por medio de cualquier tipo de red de tuberías, como por ejemplo
tubos de PVC rígidos o cualquier otra tubería convencional. La
forma de conexión de las diversas partes de la presente invención
con la red de tuberías es similar a cualquier conexión de una red
de tuberías.
Una ventaja de la presente invención es que el
dispositivo de monitorización del bioensuciamiento puede ser una
unidad autónoma que sea extremadamente móvil y por tanto pueda
transportarse a distintos lugares para monitorizar la acumulación
de bioensuciamiento, La figura 7 muestra una imagen de una unidad
de monitorización autónoma de este tipo, que en esta realización
tiene un tamaño de 22'' largo x 18'' ancho x 30'' alto (56 cm x 46
cm x 76 cm) y pesa unas 100 lb (45 kg). En la figura 7 se muestra
una unidad de monitorización del bioensuciamiento autónoma 75. La
unidad 75 cuenta con registradores de datos 66, un depósito de
nutrientes 67, una bomba de alimentación de nutrientes 68, una o
dos columnas de ensuciamiento 69 (se muestran dos, pero podría
utilizarse sólo una), un panel de control de la temperatura 70 para
controlar la temperatura de la solución acuosa que circula a
través de la columna o columnas, controladores de velocidad de la
bomba 71, medidores de presión 72, bomba de aporte 73 y una bomba
de recirculación 74.
Con respecto al uso y ventajas de introducir al
menos un nutriente para microorganismos en un sistema de
monitorización del bioensuciamiento, se cita un procedimiento para
la detección del bioensuciamiento de forma anticipada o de forma
acelerada. El procedimiento comprende al menos una etapa de
introducción de al menos un nutriente para microorganismos según lo
descrito anteriormente en al menos una parte de una solución
acuosa que circula a través de un sistema de monitorización del
bioensuciamiento. Normalmente, el nutriente para microorganismos se
introducirá antes de un punto en el que se realice el seguimiento
de cualquier bioensuciamiento. De igual modo, preferiblemente la
solución acuosa en la que se está introduciendo al menos un
nutriente para microorganismos contará con un entorno suficiente
para el crecimiento de los microorganismos al objeto de promover el
bioensuciamiento. El sistema de monitorización del bioensuciamiento
que resulta útil para esta realización puede ser cualquier sistema
de monitorización del bioensuciamiento.
Asimismo, también se cita un procedimiento
destinado a acelerar la tasa de bioensuciamiento que tiene lugar en
un sistema de monitorización del bioensuciamiento, que consiste en
la introducción de al menos un nutriente para microorganismos según
lo descrito anteriormente en una muestra de prueba. Normalmente la
muestra de prueba es una muestra de la solución acuosa o de la
muestra acuosa que se emplea en los procesos acuosos y sistemas de
gestión de aguas residenciales, comerciales o industriales. La
cantidad de nutriente para microorganismos que se introduce en el
sistema puede ser cualquiera, y preferiblemente se trata de una
cantidad que promueva y acelere el crecimiento de los
microorganismos, en comparación con el sistema acuoso o de aguas
que se está analizando. Es posible determinar las cantidades de
nutriente para microorganismos basándose en el sistema acuoso de
aguas particular en el que se está monitorizando el
bioensuciamiento.
La presente invención se aclarará con mayor
profundidad mediante los siguientes ejemplos, que pretenden ser
meramente ilustrativos de la presente invención.
El flujo de fluidos a través de medios porosos
genera un diferencial de presión debido a la interacción viscosa
entre el fluido en movimiento y la superficie del medio. A medida
que aumenta el área superficial para la interacción viscosa,
aumenta la resistencia por fricción y la presión diferencial. La
magnitud del diferencial de presión está afectado por la densidad
del fluido, su viscosidad, su caudal, la porosidad y la rugosidad
de la superficie del medio (C_{m}), según la ley de Darcy:
(ec. 1).Presión
= C_{m} x [viscosidad/(densidad+porosidad)] x
caudal
Los depósitos superficiales, como pueden ser las
células microbianas y los desechos asociados que se encuentran en
las biopelículas, pueden provocar un aumento de la rugosidad media,
lo que desemboca en un aumento de la presión. La presión aumenta
adicionalmente a medida que los depósitos comienzan a obstruir
significativamente el paso de flujo del fluido, produciendo una
disminución de la porosidad. Estos efectos están presentes
normalmente durante la filtración con medios porosos, procesos en
los que el bioensuciamiento puede provocar una degradación
significativa del rendimiento del filtro, y en estos casos existen
las mismas razones para la existencia de un detector sensible que
monitorice el ensuciamiento biológico.
\newpage
En este ejemplo, se preparó un dispositivo de
monitorización del bioensuciamiento de presión diferencial, en el
que una columna con relleno de microesferas metálicas proporciona
una gran área superficial para el ensuciamiento, creando un
instrumento sensible y fiable. El instrumento eliminó la necesidad
de emplear altas velocidades de flujo para conseguir una señal
cuantificable.
Uno de los retos que plantea la tecnología de
columna de relleno para la monitorización del bioensuciamiento es
la tendencia de los materiales y desechos no biológicos a obstruir
la columna e interferir con la señal biológica. Esto resulta
particularmente cierto en los circuitos de aguas blancas de las
papeleras, en los que existen grandes cantidades de material
suspendido. La invención emplea características de diseño
destinadas a evitar este problema e incorpora tecnología cuyo
objetivo es discriminar el ensuciamiento biológico del no
biológico.
La capacidad del dispositivo de monitorización
del bioensuciamiento para procesar elevados niveles de sólidos
suspendidos se consigue gracias a una bomba de recirculación que
genera un flujo rápido a través de la columna, empleando una bomba
de aporte independiente que introduce agua de proceso fresca en el
sistema con un caudal inferior. Con este enfoque se consigue
mantener un suministro continuo de agua de proceso sin necesidad de
bombear grandes volúmenes de agua fresca con sus consiguientes
sólidos a través del sistema. El pequeño volumen de agua de proceso
puede filtrarse fácilmente aguas arriba del dispositivo de
monitorización del bioensuciamiento, lo que permite emplear con el
instrumento fuentes con un alto contenido en sólidos, como las
aguas blancas de ciclo corto. El tiempo de retención del fluido en
el sistema puede ajustarse por medio de la bomba de aporte, lo que
representa uno de los diversos medios para ajustar la sensibilidad
del instrumento.
La sensibilidad del instrumento resulta de
extrema importancia a la hora de correlacionar la respuesta de un
dispositivo de monitorización del bioensuciamiento con el
rendimiento del proceso industrial que se está monitorizando. En la
mayor parte de los casos, el propósito del dispositivo de
monitorización consiste en detectar los depósitos de lodo antes de
que alcancen un nivel que degrade la calidad del producto. Para
ello, el monitor debe generar una señal cuantificable anticipada
de la presencia de una acumulación dañina. El dispositivo actual
incorpora varios medios para controlar la velocidad de
bioensuciamiento en el instrumento, lo que permite la correlación
sencilla de la respuesta del instrumento con la calidad del
proceso.
El dispositivo permite ajustar el caudal de
alimentación del agua de proceso de modo que se aumente o disminuya
el suministro de solución fresca al dispositivo de monitorización.
Esto, por su parte, influye en la velocidad de crecimiento
microbiano aumentando o disminuyendo el suministro de nutrientes
disponibles para el crecimiento. Un segundo medio para controlar la
sensibilidad del instrumento consiste en ajustar el caudal de
recirculación. Unos mayores caudales amplifican los cambios de
presión causados en la rugosidad del medio, en la viscosidad del
fluido, en su densidad y en la porosidad, según la ec. 1. Asimismo,
se pueden utilizar el tamaño y la gorma del material de relleno de
las columnas para ajustar la sensibilidad. Como ejemplo, las
columnas con relleno de microesferas de pequeño diámetro
responderán rápidamente al bioensuciamiento, dado que se necesita
la presencia de poca cantidad de depósito para obstruir los huevos
entre las microesferas (es decir, la porosidad disminuye
rápidamente a medida que se acumula el ensuciamiento).
Los ajustes anteriores pueden utilizarse para
modificar la sensibilidad del dispositivo de monitorización. Sin
embargo, la experiencia ha demostrado que los largos períodos de
funcionamiento de las máquinas de papel sin lodos suelen venir
seguidos de bruscos aumentos del ensuciamiento que comienza a
degradar la calidad del papel en cuestión de tan solo unos pocos
días. Es muy deseable contar con una alerta anticipada de tal
acumulación de lodo que permita al operador aumentar la dosis de
microbicida o planificar una parada del sistema para proceder a una
limpieza preventiva. En este ejemplo, el presente dispositivo
incorpora dos canales, uno de los cuales utiliza una bomba de
alimentación de nutrientes adicional para introducir nutrientes que
aceleren el crecimiento microbiano en dicho canal. Gracias a este
enfoque, el canal enriquecido en nutrientes proporciona una alerta
de bioensuciamiento anticipada varios días en comparación con el
canal alimentado únicamente con agua de proceso. Una ventaja del
diseño es que la aceleración de la señal de ensuciamiento por la
adición de nutriente confirma que el ensuciamiento tiene una
naturaleza al menos parcialmente biológica, dado que el
ensuciamiento abiótico no mostrará respuesta a la adición de
nutrientes microbianos.
El dispositivo de monitorización del
bioensuciamiento de este ejemplo fue un sistema autónomo diseñado
para la monitorización de la acumulación de lodos y depósitos en
máquinas papeleras y otros circuitos de aguas industriales. El
sistema comprendió varias bombas, transductores de presión,
controladores de temperatura y registradores de datos albergados en
un armario metálico de 18'' ancho x 22'' largo x 30'' ancho (46 cm
x 56 cm x 76 cm). Una bomba peristáltica
(Cole-Parmer Instrument Company modelo
E-07553-80) en el armario del
dispositivo de monitorización suministró el agua desde el proceso
industrial con un caudal de 2-3 ml/min a columnas
de PVC transparentes de 1,5 cm de diámetro interior x 20 cm de
longitud rellenas con microesferas de acero inoxidable 302 de 1,5
mm de diámetro que sirvieron como sustrato para la unión de las
biopelículas. Una bomba peristáltica independiente recirculó el
agua a través de las columnas con un caudal de 250 ml/min
consiguiendo una caída de presión basal comprendida entre 20 y 30
mbar. Se alimentó glucosa (30.000 ppm) con un caudal aproximado de
50 ul/min desde un depósito de 1 litro al segundo de los dos
canales (canal 2) mediante una bomba independiente (Cole Parmer
modelo E-7710-30) dando lugar a una
adición de glucosa de unas 600 ppm al objeto de estimular el
crecimiento microbiano. Las columnas rellenas de microesferas
estaban sujetas mediante uniones de conexión rápida de PVC para su
sustitución sencilla y todo el paso de flujo de líquido a través
del dispositivo de monitorización de bioensuciamiento comprende
conexiones de PVC y acero inoxidable y tubos de Norprene and Tygon
resistentes a los productos químicos que permiten bombear la
solución de limpieza a través del sistema para su limpieza. Las
columnas rellenas de microesferas se calentaron mediante mantas
eléctricas (Cole Parmer modelo
E-03125-20) empleando controladores
de temperatura Omega CN76000 para mantener una temperatura tan
deseable como 100ºF (38ºC) a fin de estimular el crecimiento
microbiano. Se monitorizó la temperatura superficial entre la manta
térmica y las columnas de PVC transparentes rellenas de
microesferas mediante controladores de límite térmico Omega CN375 a
fin de evitar la fusión del PVC. Se instalaron medidores de
presión diferencial (Cole Parmer modelo
E-07354-05) con señales de salida
de 4-20 mA con tubos de Tygon rellenos de agua de
1/8'' diámetro interno x 1/4'' diámetro externo (0,32 cm x 0,64 cm)
a conexiones en "t" de PVC situados en ambos extremos de las
columnas. Los medidores de presión detectaron la presión
diferencial a través de las columnas rellenas de microesferas y
presentaron los datos en medidores digitales y de gráficos de
barras (Cole Parmer model
E-94712-00) situados en el panel
frontal del armario. La salida de 4-20 mA de los
medidores de presión se pasó a través de una resistencia de 100 ohm
para producir una señal de 0,4-2 Vdc proporcional a
la presión, que se leyó en intervalos de 10 minutos mediante un
registrador de datos Onset Computer HOBO 8 situado en el interior
del armario. La totalidad de la unidad de bioensuciamiento fue
independiente y requirió únicamente una alimentación eléctrica de
una sola fase de 120 Vac y una fuente continua de agua de proceso
para su
funcionamiento.
funcionamiento.
Para iniciar el periodo de monitorización, se
instalaron columnas limpias en el dispositivo de monitorización del
bioensuciamiento y se bombeó agua de proceso al sistema con al
bomba de aporte. Se encendieron la bomba de recirculación y la
bomba de alimentación de nutrientes y se pusieron en marcha los
registradores de datos. En muchas aplicaciones, se producirá a
continuación un período basal en el que la presión permanecerá
constante, tras lo cual se observará un rápido aumento (normalmente
exponencial) de la presión. Los períodos basal y exponencial
representaron las fases de inducción y crecimiento,
respectivamente.
El dispositivo de monitorización del
bioensuciamiento se instaló experimentalmente en una papelera de
papel Kraft fino alcalino a fin de evaluar el comportamiento del
instrumento y examinar el efecto de los nutrientes aportados sobre
la respuesta del ensuciamiento. La papelera elegida tenía una
producción de 600-1000 toneladas al día de papel
fino estucado en una única máquina empleando una mezcla de madera
dura, pino y los residuos procedentes de una estucadora fuera de
línea. La formación de lodos en la papelera se mantuvo bien
controlada empleando una combinación de biocidas halogenados y
organobromados. No obstante, la presión existente en la disminución
de la dosis de biocida convirtió a la papelera en un excelente
lugar para la prueba de monitorización. Durante las pruebas
iniciales descritas en esta sección, se estableció una respuesta
basal al ensuciamiento frente a la que se pueden comparar los
esfuerzos futuros destinados a reducir el uso de biocidas.
La solución para las pruebas de bioensuciamiento
se extrajo de aguas blancas clarificadas que habían pasado a
través de un tamiz Albany. Las aguas se procesaron adicionalmente a
través de un pequeño clarificador y un filtro de 20 \mum al
objeto de reducir en mayor medida el contenido en sólidos
suspendidos antes de entrar en el dispositivo de monitorización del
bioensuciamiento. Estos pasos minimizaron el ensuciamiento causado
por material suspendido, de modo que fue posible evaluar la
respuesta al bioensuciamiento biológico. Durante la operación
normal, el rápido flujo de solución por el clarificador garantizó
que no se produjeran condiciones de crecimiento estancado. El
aporte a la unidad de bioensuciamiento se realizó de forma continua
con un caudal de 2-3 ml/min, dando lugar a un
tiempo de residencia de aproximadamente dos horas dentro del ciclo
de recirculación. La temperatura de la solución entrante fue de
12-130ºF (49ºC-54ºC). Se alimentó
glucosa adicional al segundo de los canales de bioensuciamiento,
hasta conseguir una solución con una concentración final de 600
ppm.
El dispositivo de monitorización, equipado con
columnas de ensuciamiento limpias, se dispuso en línea
simultáneamente con el arranque de la máquina papelera tras la
finalización de la operación de limpieza por ebullición en la zona
húmeda. Con esta programación fue posible referir la respuesta del
ensuciamiento a un estado de máquina limpia. Tras 31 días, se
cambiaron las columnas de ensuciamiento de ambos canales y tras 44
días se cambió nuevamente la columna del canal dos. La zona húmeda
de la máquina papelera se limpió mediante ebullición el día 38
durante una operación de mantenimiento programada. Las figuras 3 y
4 muestran los registros de datos obtenidos hasta el día 51.
Se comprobó visualmente la presencia de lodos en
las columnas ensuciadas retiradas el día 31 retirando las
microesferas de acero inoxidable y examinando su superficie con una
lupa de 10x. De igual modo, se analizó la actividad microbiológica
de las microesferas extrayendo los depósitos con ayuda de un
tensioactivo y analizando el extracto mediante un analizador ATP
comercial. Se extrajeron muestras adicionales de los depósitos
mediante ultrasonidos y se examinó su composición elemental mediante
un análisis por fluorescencia de rayos x por dispersión de
energía.
El registro de datos mostró un periodo basal de
catorce días durante el cual las señales de ambos canales
permanecieron estables a 10-20 mbar. Entre el día
catorce y el día veinte, se produjo en ambos canales un aumento a
entre 30 y 40 mbar y un posterior retorno a los valores basales. El
día veinte, la señal del canal de glucosa (canal 2) comenzó a
aumentar exponencialmente hasta un valor límite de 80 mbar,
correspondiente a la señal máxima de los transductores de presión.
Dos o tres días más tarde, la señal del canal uno mostró un aumento
exponencial similar. Se instalaron columnas de ensuciamiento
nuevas en el día 31, lo que hizo que las señales regresasen al
nivel basal.
El siguiente proceso de ensuciamiento en el canal
dos se produjo entre tres y cuatro días después de la instalación
de las nuevas columnas y de nuevo vino seguido unos tres días
después de lo que parece ser el comienzo de una variación
exponencial en el canal uno. Este último incremento quedó
interrumpido cuando la máquina papelera se limpió por ebullición el
día 38, y posteriormente se volvió a observar pasados entre seis y
siete días, hasta alcanzar un valor límite el día 46. Unos pocos
días después, la señal del canal uno disminuyó hasta unos 50 mbar.
Una nueva columna de ensuciamiento instalada en el canal dos en el
día 44 mostró una respuesta muy similar al comportamiento observado
durante los días 32-36.
Se efectuó un examen visual de los depósitos de
las microesferas de acero inoxidable 31 días antes de la
instalación de las nuevas columnas. Se observaron a simple vista
tiras de lodo de color entre amarillo pálido y ámbar en el interior
de las columnas, y un examen de los depósitos a 10x reveló una
matriz de tipo red de biopelícula que cubría los huecos entre las
microesferas. Un análisis ATP reveló la presencia de una intensa
actividad microbiológica en el material extraído de la superficie
de las microesferas. En el análisis elemental de los depósitos se
observaron picos para aluminio, silicio y calcio, que indicaron la
presencia de finos de arcilla y carbonato de calcio en el
material.
La aparición de una región basal tras la
instalación de nuevas columnas correspondió con el período inicial
de unión microbiana lenta (período de inducción) que se observa
con frecuencia en los procesos de bioensuciamiento. La similitud de
los datos basales para los dos canales indicó que ambos respondieron
uniformemente a pequeñas fluctuaciones de la señal que pudieron
deberse a variaciones en el contenido de sólidos suspendidos y
finos que entran en el sistema. Tales materiales alterarán la
viscosidad y densidad de la solución y, según la ley de Darcy,
provocarán una caída de presión a través de las columnas de
ensuciamiento. El registro de datos mostró que estas fluctuaciones
resultaron fácilmente distinguibles de los verdaderos procesos de
ensuciamiento.
El aumento de presión que comienza en el día 14
no tiene una explicación clara. Sin embargo, este suceso coincidió
con la obstrucción de una línea que detuvo el flujo hacia el
clarificador. El aumento de la señal observado en el día 22 para el
canal dos y en el día 25 para el canal uno, ilustra la alerta con
entre dos o tres días de antelación que proporciona el canal con
glucosa. Este resultado es coherente con el aumento del tiempo de
inducción esperado para la concentración de nutriente más alta. Al
comparar las señales de los canales uno y dos tras la instalación
de las nuevas columnas (día 31), se observó nuevamente que el canal
con glucosa proporciona una alerta de bioensuciamiento con entre
dos y tres días de antelación (aquí la respuesta del canal uno está
truncada debido a la limpieza por ebullición de la maquina
papelera).
La instalación de nuevas columnas de
ensuciamiento en el canal dos (días 32 y 44) tuvo como resultado un
aumento exponencial similar al descrito anteriormente, pero que
comenzó mucho antes. En ambos casos, el aumento más rápido comenzó
3-4 días después de la instalación de las columnas
y puede haber estado promovido por un inóculo de microorganismos en
el interior del dispositivo de monitorización que no se eliminó al
reemplazar las columnas de ensuciamiento. La disminución de la
señal en el canal uno el día 38 coincide con la operación de
limpieza por ebullición en la zona húmeda e ilustra adicionalmente
la respuesta de los instrumentos a los factores que afectan al
crecimiento microbiano. La caída de la señal para el canal uno en
el día 47 puede deberse a un incidente de desprendimiento en el que
la presión cambia a medida que parte de la capa de lodo se separa o
se desplaza en el interior de la columna de ensuciamiento.
La forma exponencial de la señal de ensuciamiento
de los días 22 y 25 es coherente con el ensuciamiento biológico e
ilustra adicionalmente el efecto de la adición de glucosa sobre la
respuesta del instrumento. La figura 5 muestra un ajuste de los
datos a una curva exponencial en estas regiones, mientras que la
figura 6 presenta un gráfico del logaritmo de la presión en
función del tiempo. La pendiente de estas últimas curvas revela una
velocidad de ensuciamiento de 1,03 d^{-1} y de 1,27 d^{-1} para
los canales uno y dos respectivamente. Estos valores corresponden a
16 y 13 horas, respectivamente, como el tiempo necesario para que
la señal de ensuciamiento se duplique. El análisis de las señales
de ensuciamiento en los días 36 (canal dos) y 45 (canal uno) también
muestran una mayor velocidad específica de ensuciamiento para el
canal con glucosa.
La evaluación de la papelera demuestra que la
actividad microbiana y formación de lodos en las aguas blancas de
una papelera puede medirse empleando el dispositivo de
monitorización en línea. Los análisis ATP y elemental indican que
los depósitos de ensuciamiento comprenden materia tanto microbiana
como inorgánica, como es habitual en los lodos y desechos atrapados
que se observan en los depósitos de las máquinas papeleras. El
análisis químico del papel de la zona húmeda realizado durante la
evaluación con el dispositivo de monitorización no reveló problemas
relacionados con los lodos, lo que indica que el dispositivo de
monitorización es capaz de detectar la actividad microbiana antes
de que comience a degradar la calidad del papel. La respuesta a la
actividad microbiana se acelera mediante la adición de nutrientes
adicionales, con lo que se logra una alerta temprana del
bioensuciamiento. En condiciones normales de operación, la señal
del canal enriquecido con nutrientes puede utilizarse para predecir
que en unos pocos días se producirá ensuciamiento, lo que permite a
los operadores de las papeleras aumentar la adición de biocida, por
ejemplo para ampliar la producción en una tirada de producto muy
importante, o programar una parada del sistema para realizar una
limpieza preventiva.
Otras realizaciones resultarán obvias para los
expertos en la materia a partir de la consideración de la presente
solicitud y la práctica de la presente invención descrita en este
documento. La memoria y los ejemplos han de considerarse como
meramente ilustrativos, estando reflejado el verdadero alcance de
la invención en las siguientes reivindicaciones.
Claims (23)
1. Un dispositivo de monitorización del
bioensuciamiento compuesto por:
a) una columna con una entrada y una salida;
b) una línea de alimentación de nutrientes para
microorganismos situada aguas arriba de dicha entrada:
c) un primer detector de presión situado aguas
arriba de dicha entrada destinado a medir la presión de flujo y un
segundo detector de presión situado aguas abajo de dicha salida
para medir la presión de flujo: y
d) opcionalmente, un sistema de calentamiento de
la columna;
2. El dispositivo de monitorización del
bioensuciamiento de la reivindicación 1, en el que la citada
columna es una columna hecha de plástico, vidrio, un material
cerámico o un metal.
3. El dispositivo de monitorización del
bioensuciamiento de la reivindicación 1, en el que el citado
nutriente para microorganismos contiene una formulación de glucosa,
piruvato o almidón.
4. El dispositivo de monitorización del
bioensuciamiento de la reivindicación 1, que contenga
adicionalmente un material de relleno inerte en una cantidad tal
que no impida el paso de un material líquido a través de la citada
columna.
5. El dispositivo de monitorización del
bioensuciamiento de la reivindicación 4, en el que dicho material
de relleno inerte comprende rocas, vidrio, plástico, un metal
anticorrosivo, un material cerámico o combinaciones de los
anteriores.
6. El dispositivo de monitorización del
bioensuciamiento de la reivindicación 4, en el que dicho material
de relleno inerte consta de al menos una bola de acero
inoxidable.
7. El dispositivo de monitorización del
bioensuciamiento de la reivindicación 1, que comprende además un
sistema de recirculación conectado a la entrada aguas abajo de
dicha línea de alimentación y conectado a la salida, de modo que se
mantenga una alimentación presurizada a lo largo de dicha
columna.
8. El dispositivo de monitorización de la
reivindicación 7, en el que la citada columna es una columna hecha
de plástico, vidrio, un material cerámico o un metal.
9. El dispositivo de monitorización del
bioensuciamiento de la reivindicación 7, en el que el citado
nutriente para microorganismos contiene una formulación de glucosa,
piruvato o almidón.
10. El dispositivo de monitorización del
bioensuciamiento de la reivindicación 7, que contenga
adicionalmente un material de relleno inerte en una cantidad tal
que no impida el paso de un material líquido a través de la citada
columna.
11. El dispositivo de monitorización del
bioensuciamiento de la reivindicación 7, en el que dicho material
de relleno inerte comprende rocas, vidrio, plástico, un metal
anticorrosivo, un material cerámico o combinaciones de los
anteriores.
12. El dispositivo de monitorización del
bioensuciamiento de la reivindicación 7, en el que dicho material
de relleno inerte consta de al menos una bola de acero
inoxidable.
13. El dispositivo de monitorización de la
reivindicación 7 que comprende además:
g) una segunda columna con una entrada y una
salida:
h) opcionalmente una línea de alimentación de
nutrientes para microorganismos situada aguas arriba de dicha
entrada de la segunda columna;
i) un tercer detector de presión situado aguas
arriba de dicha entrada de la segunda columna destinado a medir la
presión de flujo y un cuarto detector de presión situado aguas
abajo de dicha salida de la segunda columna para medir la presión
de flujo;
j) un segundo sistema de recirculación conectado
a la entrada de la segunda columna, aguas abajo de dicha línea de
alimentación y conectado a la salida de la segunda columna, de modo
que se mantenga una alimentación presurizada a lo largo de dicha
segunda columna; y
k) un material de relleno inerte localizado en
dicha segunda columna en una cantidad tal que no impida el paso de
un material líquido.
14. El dispositivo de monitorización del
bioensuciamiento de la reivindicación 7, en el que dicha salida
está conectada a un depósito de reserva.
15. El dispositivo de monitorización del
bioensuciamiento de la reivindicación 7, en el que dicha entrada
recibe una solución acuosa de un sistema acuoso y dicha salida
envía al menos una parte de la citada solución acuosa nuevamente a
dicho sistema acuoso en un punto aguas abajo del lugar de donde la
citada entrada recibe solución desde el citado sistema acuoso.
16. Un procedimiento para monitorizar o detectar
el bioensuciamiento de forma anticipada en una solución acuosa,
que comprende:
a) el paso de al menos una parte de dicha
solución acuosa de forma continua a través de una columna con una
entrada y una salida;
b) la introducción de un nutriente para
microorganismos en dicha parte de dicha solución acuosa en un punto
aguas arriba de la citada entrada;
c) la medición de las presiones de flujo de dicha
porción de dicha solución acuosa a través de la citada columna en
un primer punto antes de dicha entrada y en un segundo punto
después de dicha salida de forma continua o discontinua;
d) determinar el diferencial de presión basado en
las mediciones obtenidas en los citados primer y segundo puntos;
y
e) correlacionar dichas mediciones a fin de
determinar el bioensuciamiento previsto que tendrá lugar en dicha
solución acuosa.
17. El procedimiento de la reivindicación 16, en
el que dicha solución acuosa proviene de un circuito de aguas
industriales.
18. El procedimiento de la reivindicación 16, en
el que dicha solución acuosa proviene de un circuito de aguas de
fabricación de papel.
19. El procedimiento de la reivindicación 16, en
el que la citada columna es una columna hecha de plástico, vidrio,
un material cerámico o un metal.
20. El procedimiento de la reivindicación 16, en
el que el citado nutriente para microorganismos contiene una
formulación de glucosa, piruvato o almidón.
21. El procedimiento de la reivindicación 16, que
contenga adicionalmente un material de relleno inerte en una
cantidad tal que no impida el paso de un líquido que contenga
material a través de la citada columna.
22. El procedimiento de la reivindicación 16, en
el que dicho material de relleno inerte comprende rocas, vidrio,
un metal anticorrosivo, un material cerámico o combinaciones de los
anteriores.
23. El procedimiento de la reivindicación 16, en
el que dicho material de relleno inerte consta de al menos una
bola de acero inoxidable.
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