ES2404087T3

ES2404087T3 - Determinación de grosor de biopelícula en un reactor de biopelícula soportada en membrana

Info

Publication number: ES2404087T3
Application number: ES09799189T
Authority: ES
Inventors: Eoin Casey; Eoin Syron; Barry Heffernan
Original assignee: University College Dublin
Current assignee: University College Dublin
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2013-05-23
Anticipated expiration: 2029-11-25
Also published as: WO2010061365A1; EP2361367A1; US20110266218A1; DK2361367T3; US8696913B2; EP2192379A1; US9328004B2; US20140262984A1; EP2361367B1

Abstract

Un método para evaluar el grosor de biopelícula en un reactor de biopelícula soportada en membrana (MSBR) del tipo que comprende un paso interno que contiene una fase gaseosa, una fase liquida y una membrana permeable a gases que proporciona una interfaz entre la fase gaseosa y la líquida, el método comprende las etapas de: - carga el paso interno en un gas inerte. - cerrar el paso interno para establecer una presión elevada inicial en el paso interno; - medir la velocidad del cambio de presión dentro del paso interno; y - poner en correlación la velocidad del cambio de presión (dP/dt) con el grosor de la biopelícula.

Description

Determinaci6n de grosor de biopelfcula en un reactor de biopelfcula soportada en membrana.

Introducci6n�

La invenci6n esta relacionada con un metodo para evaluar el grosor de biopelfculas en un reactor de biopelfculas soportadas en membrana. La invenci6n tambien esta relacionada con un reactor de biopelfculas soportadas en membrana.

El principio de funcionamiento de un reactor convencional de biopelfculas soportadas en membrana se muestra en la Figura 1 (comparativa). Unas aguas residuales lfquidas que contienen contaminantes organicos estan en contacto con una biopelfcula (2), que esta soportada por una membrana (3) permeable a gases. El paso interno (4) de la membrana contiene aire, gas de oxfgeno puro, hidr6geno u otro gas que sirva y un donante o aceptador de electrones cuando se utiliza para oxidar o reducir determinados contaminantes. El oxfgeno u otros gases pueden penetrar a traves de la membrana por un proceso de difusi6n molecular. La membrana proporciona una superficie de soporte para la biopelfcula y permite al oxfgeno u otros gases ser suministrados a la biopelfcula sin formaci6n de burbujas. El reactor puede consistir en una serie de membranas tubulares (a veces se conocen como una unidad de fibra hueca). El numero de fibras puede ajustarse para proporcionar un area superficial deseada para el crecimiento de biopelfculas.

El grosor de la biopelfcula variara con el tiempo, pero se desea que este entre 200 y 800 micr6metros. Es necesario garantizar que el grosor de la biopelfcula no supere el grosor deseado con el fin de evitar el bloqueo del reactor hueco de fibra. Con el fin de cuantificar el grosor de la biopelfcula y medir el efecto del grosor de la biopelfcula sobre las prestaciones del biorreactor, el solicitante ha descrito anteriormente un reactor de fibra hueca de un solo tubo, mostrado en la Figura 2 (comparativa), que muestra la biopelfcula (6) en contacto con las aguas residuales (5). En esta configuraci6n es posible medir el grosor de la biopelfcula mediante un simple metodo 6ptico a traves de la unidad de membrana de paredes de cristal (Casey, E., B. Glennon, and G. Hamer, 0xygen mass transfer characteristics in a membrane-supported biofilm reactor. Biotecnologfa y bioingenierfa, 1999. 62 (2): p. 183-192). Sin embargo, este metodo s6lo es adecuado para un sistema de escala de laboratorio y no es adecuado para una realizaci6n comercial del reactor. Dado que el grosor de la biopelfcula puede superar el grosor deseado es importante poder determinar el grosor y en un tiempo deseado.

Un objetivo de la invenci6n es superar por lo menos uno de los mencionados problemas.

Declaraciones de la invenci6n

En terminos generales, la invenci6n esta relacionada con un metodo para la medici6n del grosor de una capa de biopelfcula formada sobre una membrana de un reactor de biopelfcula soportado en membrana (MSBR, membrane supported biofilm reactor). Estos son reactores para el tratamiento de aguas residuales lfquidas para eliminar contaminantes carbonosos, nitrificar/desnitrificar los contaminantes y/o realizar biotratamiento xenobi6tico de los constituyentes de las aguas residuales, y por lo general emplean una membrana permeable a aire/oxfgeno/hidr6geno que proporciona una interfaz entre el fluido que se va a tratar (fase fluida) y un suministro de aire/oxfgeno/hidr6geno (fase gaseosa). Tfpicamente, una biopelfcula que consiste en una poblaci6n heterogenea de bacterias (por lo general incluye bacterias nitrificantes, desnitrificantes y heter6trofas) crece sobre el lado de fase fluida de la biopelfcula. En el uso, un elemento gaseoso aceptador o donante de electrones, por lo general un gas que contiene oxfgeno tal como aire, oxfgeno o hidr6geno, es cargado en la fase gaseosa con lo que parte del aire/oxfgeno/hidr6geno se difunde a traves de la membrana permeable a la biopelfcula en la que es empleado por las bacterias en uno o mas de los procesos mencionados anteriormente. Los gases residuales de la biopelfcula (es decir C02) pasan de nuevo al fluido y pasan a la fase gaseosa a traves de la membrana. La invenci6n esta relacionada con un metodo para la medici6n de grosor de biopelfculas que emplea a la velocidad de cambio de presi6n intramembrana como variable de diagn6stico del grosor de las biopelfculas. El metodo generalmente implica cerrar la fase gaseosa (de tal manera que el aire/oxfgeno/hidr6geno ya no esta en flujo a traves de la fase gaseosa) y establecer una presi6n elevada en la fase gaseosa cerrada (presi6n superior a la atmosferica). Tfpicamente, la fase gaseosa sera cargada con un gas inerte tal como el arg6n antes de cerrar la fase gaseosa. Unos medios de medici6n sensibles a la presi6n toman entonces una medici6n de la velocidad de cambio de la presi6n intramembrana (dP/dt) en estas condiciones, y luego esto se pone en correlaci6n con el grosor de la biopelfcula.

Segun la invenci6n, se proporciona un metodo segun la reivindicaci6n 1 para evaluar el grosor de biopelfculas en un reactor de biopelfcula soportada en membrana (MSBR) del tipo que comprende un paso interno que contiene una fase gaseosa, una fase lfquida y una membrana permeable a gases que proporciona una interfaz entre la fase gaseosa y la lfquida, el metodo comprende las etapas de:

-: cargar opcionalmente el paso interno con un gas inerte;

-: establecer una presi6n inicial elevada en el paso interno;

-: medir la velocidad del cambio de presi6n (dP/dt) dentro del paso interno; y

-: poner en correlaci6n la velocidad del cambio de presi6n (dP/dt) con el grosor de la biopelfcula.

Tfpicamente, la etapa de establecer una presi6n inicial elevada en el paso interno implica una etapa inicial de cierre del paso interno.

En una realizaci6n de la invenci6n, la etapa de poner en correlaci6n dP/dt con el grosor de la biopelfcula implica:

-: poner en correlaci6n dP/dt con la velocidad de difusi6n del gas inerte (dn/dt);

-: poner en correlaci6n dn/dt con un coeficiente de transferencia de masa global (K);

-: poner en correlaci6n K con el coeficiente de transferencia de masa de la biopelfcula (kB); y

-: poner en correlaci6n kB con el grosor de la biopelfcula.

El metodo de la invenci6n puede aplicarse a cualquier tipo de reactor de biopelfculas conectadas a membrana, incluidos un reactor de biopelfculas de membrana basadas en hidr6geno (en donde el elemento gaseoso comprende hidr6geno) o un biofiltro de membrana. Este metodo es especialmente adecuado para los MSBR de fibra hueca en los que la fase gaseosa se encuentra contenida en fibras huecas que tienen un paso interno a traves de las que pasa el elemento gaseoso aceptador de electrones, por lo general a presi6n elevada.

La velocidad de cambio de la presi6n dentro del paso interno se mide utilizando un transductor de presi6n, especialmente un transductor de presi6n capaz de medir la presi6n en un intervalo de 0 a 10 bar, de 0 a 5 bar, 0 a 2 bar e idealmente de 0 a 1 bar, manometricos. En una realizaci6n preferida de la invenci6n, el transductor de presi6n es capaz de medir la presi6n en el intervalo 0,1 a 2,0 bar, idealmente de 0,1 a 1,0 bar. Ejemplos de transductores de presi6n adecuadamente sensibles incluyen sensores de flexi6n mecanica, sensores basados en galgas extensiometricas o sensores de capacitancia variable, los expertos en la tecnica conoceran los detalles de los mismos.

En una realizaci6n en la que la fase gaseosa se carga con gas inerte, el gas inerte se selecciona preferiblemente del grupo que comprende: arg6n, helio, ne6n, cript6n, xen6n y rad6n.

En una realizaci6n preferida de la invenci6n, la fase gaseosa comprende un gas que contiene oxfgeno. Idealmente el gas que contiene oxfgeno es oxfgeno o aire.

Tfpicamente, la presi6n inicial elevada en el paso interno es de por lo menos 0,01 bar, adecuadamente de 0,01 a 10 bar, tfpicamente de 0,05 a 5 bar, y preferiblemente de 0,1 a 1,0 bar. Idealmente, la presi6n inicial elevada en el paso interno es de por lo menos 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,05, 0,06, 0,07, 0,08, 0,09 o 0,1 bar. Adecuadamente, la presi6n inicial elevada en el paso interno no es mayor de 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 o 1 bar. El termino "presi6n inicial elevada" debe interpretarse como la lectura inicial de presi6n utilizada en el calculo de dP/dt.

La invenci6n tambien esta relacionada con un metodo de funcionamiento de un reactor de biopelfculas soportadas en membrana que comprende la etapa de evaluar peri6dicamente el grosor de las biopelfculas en el reactor usando un metodo de la invenci6n y, opcionalmente, iniciar un procedimiento de limpieza para eliminar el exceso de biopelfcula cuando se determina que el grosor de la biopelfcula es superior a un valor umbral de grosor.

El termino "valor umbral de grosor" para la biopelfcula se entendera como el grosor de la biopelfcula que resulta en que la biopelfcula funcione de manera no 6ptima. En la mayorfa de los casos esto se entendera generalmente como la profundidad de penetraci6n del oxfgeno en la membrana sobre la que esta creciendo la biopelfcula. No obstante, en el caso de ciertas membranas no uniformes o no estandar, tal como por ejemplo membranas ani6xicas, el valor umbral de grosor para la membrana sera un valor mayor que la profundidad de penetraci6n del oxfgeno en esa membrana.

Tfpicamente, el grosor de la biopelfcula se evalua en un intervalo de por lo menos: 1 hora, 2 horas, 3 horas, 5 horas, 7 horas, 10 horas, 12 horas, 15 horas, 20 horas, 24 horas, 30 horas, 40 horas y 48 horas. Idealmente, el grosor de la biopelfcula se evalua por lo menos cada doce horas.

Tfpicamente, el procedimiento de limpieza es un procedimiento de limpieza de flujo en dos fases. Sin embargo, tambien se preven otros metodos para limpiar las biopelfculas de las membranas de reactores de biopelfculas, incluido el drenaje parcial y lavado electrico.

En una realizaci6n de la invenci6n, la etapa de evaluaci6n del grosor de la biopelfcula no dura mas de 10 minutos, tfpicamente no mas de 7 minutos e idealmente no mas de 5 minutos.

En una realizaci6n, los metodos de la invenci6n emplean unos medios de procesamiento adaptados para:

-: recibir lecturas de presi6n desde el transductor de presi6n;

-: calcular el valor de dP/dt; y

-: poner en correlaci6n el valor de dP/dt con el valor de grosor de una biopelfcula.

Adecuadamente, los medios de procesamiento estan adaptados para:

-: comparar el valor de grosor de la biopelfcula con un valor umbral de grosor preestablecido; y

-: cuando el valor de grosor de la biopelfcula es mayor que el valor umbral de grosor preestablecido, proporcionar una indicaci6n de que se necesita un procedimiento de limpieza.

Preferiblemente, los medios de procesamiento estan adaptados para la activaci6n de un procedimiento de limpieza cuando el valor del grosor de la biopelfcula se encuentra por encima del valor umbral de grosor preestablecido.

En general, los medios de procesamiento son capaces de almacenar varios diferentes valores umbral de grosor preestablecido, que se ponen en correlaci6n con valores umbral para diferentes tipos de biopelfculas, distintos tipos de reactores y diferentes tipos de efluentes tratados. Al inicio de una operaci6n de tratamiento de aguas residuales, un operario puede elegir uno de los valores umbral preestablecidos que se aproxime lo maximo posible al tipo de reactor o las condiciones de funcionamiento, o puede calcular el valor umbral.

Segun la reivindicaci6n 12 tambien se proporciona un programa informatico que comprende instrucciones de programa para hacer que un programa informatico lleve a cabo cualquiera de los metodos anteriores que pueden ser incluidos en un medio de grabaci6n, senal portadora o memoria de s6lo lectura.

Segun la reivindicaci6n 8 la invenci6n tambien esta relacionada con un reactor de biopelfculas soportadas en membrana (MSBR) del tipo que comprende una membrana permeable a gases que proporciona una interfaz entre un paso interno de fase gaseosa que contiene una fase gaseosa, y una fase lfquida, caracterizado porque el MSBR comprende unos medios para inundar el paso interno con un gas inerte, unos medios para cerrar y volver a abrir el paso interno, y unos medios para detectar la presi6n intramembrana dentro del paso interno.

En una realizaci6n, los medios para detectar la presi6n intramembrana se proporcionan mediante un transductor de presi6n, tfpicamente un transductor de presi6n capaz de medir presiones en un intervalo de 0 a 10 bar, 0 a 5 bar, 0 a 2 bar e idealmente de 0 a 1 bar, manometricos. En una realizaci6n preferida de la invenci6n, el transductor de presi6n es capaz de medir la presi6n en el intervalo 0,1 a 2,0 bar, idealmente de 0,1 a 1,0 bar.

En una realizaci6n, la membrana permeable a gases es en forma de una fibra hueca en la que la fase gaseosa se encuentra situada en el paso interno de la fibra.

Tfpicamente, la fibra hueca pasa a traves de un envase adecuado para contener la fase lfquida, y en donde el transductor se comunica con una parte de la fibra hueca que esta situada en el exterior del envase.

Adecuadamente, el MSBR comprende un procesador adaptado para:

-: recibir lecturas de presi6n desde los medios de medici6n de presi6n, tfpicamente el transductor de presi6n;

-: calcular el valor de dP/dt; y

Preferiblemente, el procesador esta adaptado para:

Idealmente, el procesador esta adaptado para:

-: activar un procedimiento de limpieza cuando el valor de grosor de la biopelfcula se encuentra por encima del valor umbral de grosor preestablecido.

En una realizaci6n, el MSBR comprende un aparato de limpieza de membrana, tal como, por ejemplo, aparatos de limpieza de dos fases. En una realizaci6n, el aparato de limpieza de membrana esta conectado funcionalmente al procesador de tal manera que el dispositivo de limpieza se activa cuando el procesador detecta que el valor de grosor de la biopelfcula esta por encima del valor umbral de grosor preestablecido.

La invenci6n tambien proporciona un programa informatico que comprende unas instrucciones de programa para hacer que un ordenador realice cualquiera de los metodos de la invenci6n. El programa informatico puede incorporarse en un medio de grabaci6n tal como una senal portadora o una memoria de s6lo lectura.

La invenci6n tambien proporciona segun la reivindicaci6n 13, un sistema implementado en ordenador para evaluar el grosor de biopelfculas en un reactor de biopelfcula soportada en membrana (MSBR) del tipo que comprende un paso interno que contiene una fase gaseosa, una fase lfquida y una membrana permeable a gases que proporciona una interfaz entre la fase gaseosa y la lfquida, el sistema comprende:

-: unos medios para cargar el paso interno con un gas inerte;

-: unos medios para cerrar el paso interno para establecer una presi6n elevada inicial en el paso interno;

-: unos medios para medir la velocidad del cambio de presi6n dentro del paso interno; y

-: unos medios para poner en correlaci6n la velocidad del cambio de presi6n (dP/dt) con el grosor de la biopelfcula.

Adecuadamente, el sistema comprende:

-: unos medios para poner en correlaci6n dP/dt con la velocidad de difusi6n del gas inerte (dn/dt);

-: unos medios para poner en correlaci6n dn/dt con un coeficiente de transferencia de masa global (K);

-: unos medios para poner en correlaci6n K con el coeficiente de transferencia de masa de la biopelfcula (kB); y

-: unos medios para poner en correlaci6n kB con el grosor de la biopelfcula.

En una realizaci6n, el sistema tambien incluye unos medios para accionar un procedimiento de limpieza de biopelfculas cuando el grosor medido de la biopelfcula es superior a un valor umbral de biopelfcula.

De este modo, la invenci6n esta relacionada con un metodo para evaluar el grosor de una biopelfcula formada en la membrana de un reactor de biopelfculas soportadas en membrana, dicho metodo emplea la velocidad de cambio de presi6n intramembrana como variable de diagn6stico del grosor de la biopelfcula.

La invenci6n tambien esta relacionada con un metodo para evaluar el grosor de la biopelfcula formada en la membrana de un reactor de biopelfculas soportadas en membrana, dicho metodo emplea la velocidad de cambio de presi6n intramembrana como una variable de diagn6stico de grosor de la biopelfcula, en donde la velocidad de cambio de la presi6n se mide mientras un paso interno de la membrana se inunda con un gas inerte.

La invenci6n tambien esta relacionada con la utilizaci6n del cambio de presi6n intramembrana como medio para determinar el grosor de una biopelfcula formada en la membrana de un reactor de biopelfculas soportadas en membrana.

Breve descripci6n de las figuras

La invenci6n se entendera con mas claridad a partir de la siguiente descripci6n de una realizaci6n de la misma, dada a modo de ejemplo, en la que

La Figura 1 (comparativa) es una ilustraci6n esquematica de la membrana de un reactor de biopelfculas soportadas en membrana (RMID) que proporciona una interfaz entre el paso interno de la fase gaseosa y la fase lfquida, que muestra el flujo de componentes a traves de la membrana y la biopelfcula;

La Fig. 2 (comparativa) es una fotograffa de una fibra hueca que forma parte de un MSBR de fibra hueca y que muestra el paso interno de la fase gaseosa, la fase lfquida, la membrana y el crecimiento de biopelfcula en la membrana; y

La Fig. 3 es una ilustraci6n de un reactor de biopelfculas soportadas en membrana de la invenci6n.

Descripci6n detallada de la invenci6n

La invenci6n esta relacionada con reactores de biopelfculas soportadas en membrana, y mas en particular con reactores de biopelfculas con autolimpieza y un metodo de funcionamiento y/o limpieza de tales reactores. La invenci6n se basa en el uso de presi6n intramembrana como medio para determinar el grosor de las biopelfculas. De este modo, en un ejemplo de un metodo de la invenci6n, el metodo comprende las etapas inundar la membrana con un gas inerte, tomar un valor de dP/dt dentro de la membrana, y poner en correlaci6n del valor de dP/dt con el grosor de la biopelfcula. Adecuadamente, el metodo tambien implica poner en correlaci6n el grosor de biopelfcula obtenido de este modo con un valor umbral de grosor de biopelfcula, y cuando el valor de prueba supera el valor umbral (referencia), proporcionar una indicaci6n de que sera necesario realizar una operaci6n de limpieza y/o iniciar una operaci6n de limpieza. En la bibliograffa se conocen diversos medios para la limpieza de membranas de los MSBR, y la invenci6n no se limita a ningun metodo en particular.

La invenci6n tambien esta relacionada con un reactor de biopelfculas, y especialmente un MSBR, que esta adaptado para permitir la carga del paso interno de la membrana con un gas inerte a una presi6n elevada, y comprende unos medios de medici6n de presi6n capaces de medir cambios de presi6n intramembrana, y un procesador adaptado para poner en correlaci6n los cambios de presi6n intramembrana con el grosor de biopelfculas. Adecuadamente, el reactor incluye unos medios para cerrar el paso interno, generalmente despues de que ha sido cargado con gas inerte. Por ejemplo, el reactor puede estar provisto de unas valvulas que se pueden accionar para cerrar cada extremo del paso interno. El procesador idealmente es capaz de procesar los datos de los medios de medici6n de presi6n para proporcionar un valor de dP/dt. Adecuadamente, el procesador es capaz de poner en correlaci6n el valor de dP/dt con un grosor de biopelfcula. En general, el procesador es capaz de comparar el valor de grosor de biopelfcula con un valor umbral de grosor de biopelfcula preestablecido y, cuando el valor de prueba sobrepasa el valor umbral, (a) proporcionar una indicaci6n de que es necesario realizar una operaci6n de limpieza y/o (b) iniciar una operaci6n de limpieza adecuada. En una realizaci6n, la operaci6n de limpieza puede elegirse de entre una serie de diferentes operaciones de limpieza, de por ejemplo, operaciones de limpieza suaves a operaciones de limpieza extensas. Adecuadamente, el procesador es capaz de seleccionar una adecuada operaci6n de limpieza dependiendo del valor de grosor de prueba y el valor de referencia de grosor. De este modo, por ejemplo, si la funci6n del valor de prueba y de referencia es una relaci6n (prueba: referencia), el procesador puede estar adaptado entonces para poner en correlaci6n valores mas altos de relaci6n con operaciones de limpieza mas prolongadas o mas extensas.

Determinaci6n de grosor de biopelicula a traves de una tecnica de presi6n de gas inerte

Se desarroll6 una tecnica sensible a un proceso para permitir una rapida determinaci6n del grosor de una biopelfcula en cualquier momento que se desee en un reactor de biopelfculas de membrana de funcionamiento continuo. Se hace referencia a la FIG 3, que muestra una unidad de membrana (11) insertada en un dep6sito (10) que contiene unas aguas residuales lfquidas (12).

Se suministra gas que contiene oxfgeno al paso interno de la membrana con excepci6n de un perfodo ocasional, tfpicamente de unos pocos minutos en un ciclo de 24 horas, cuando tiene lugar el procedimiento de detecci6n de grosor. Mediante el uso de una valvula automatica de tres vfas, el gas en el paso interno de la membrana es sustituido por el gas inerte, por ejemplo, arg6n, a una presi6n elevada (tfpicamente entre 0,1 bar y 1 bar). Cuando el paso interno contiene s6lo el gas inerte, las valvulas 8 y 13 estan cerradas simultaneamente. El gas inerte es transportado por difusi6n molecular a traves de la membrana, a la biopelfcula y a la fase lfquida. La presi6n intramembrana es monitorizada por un transductor de presi6n (9). Utilizando la ley del gas ideal, puede determinarse la velocidad de difusi6n del gas inerte (dn/dt) en moles/s mediante el analisis de las lecturas de presi6n dependiente del tiempo (dP/dt).

donde P es la presi6n, T es la temperatura (K), V es el volumen total fijo del paso interno de la membrana, que se puede suponer constante y R es la constante del gas.

La velocidad de difusi6n (dn/dt) del gas inerte desde el paso interno de la membrana al lfquido a granel es directamente proporcional a un coeficiente de transferencia de masa global, K.

donde A es el area total de la membrana, C*i es la solubilidad del gas inerte en el lfquido a la temperatura predominante y Ci es la concentraci6n del gas inerte en el lfquido a granel. Este coeficiente de transferencia de masa global (K) esta, a su vez, relacionado con tres coeficientes principales de transferencia de masa correspondientes a la membrana (kM), la capa lfmite del lfquido (kL) y la biopelfcula (kB).

Tanto kM como KL pueden suponerse constantes y pueden determinarse facilmente antes de la puesta en marcha del reactor cuando la biopelfcula no esta presente.

En condiciones normales de funcionamiento la resistencia a la transferencia de masa de la biopelfcula es variable y depende linealmente del grosor promedio de la biopelfcula.

donde Di,B es el coeficiente de difusi6n del gas inerte en la biopelfcula (y se puede suponer razonablemente que es constante) y LB es el grosor de biopelfcula.

Como compendio, las mediciones de presi6n dinamica pueden utilizarse para estimar el grosor de la biopelfcula. Un ejemplo de este calculo es de la siguiente manera:

Ejemplo:

En un MSBR de un solo tubo, con una biopelfcula plenamente desarrollada de Pseudomonas fluorescens, el paso interno de la membrana se llen6 de arg6n a una presi6n de 0,1 bar. Bajo condiciones de sellado se midi6 la velocidad de cambio de presi6n y se encontr6 que era de 16,63 Pa/s. Segun la siguiente ecuaci6n se puede calcular dn/dt

con V=9.41 x 10-7 m3, dn/dt es 6.22 x 10-9 mol/s K se puede calcular de la siguiente manera

A es 0,0028 m2, C*i es 1.55 mol/m3 y se puede suponer que Ci es cero, dando un valor de 1,42 x 10-6 m/s para K.

Para este reactor se encontr6 que kL era 4,0 x 10-5 m/s y se encontr6 que kM era 6,0 x 10-5 m/s. Segun la siguiente ecuaci6n

se puede calcular que K B es 1,5x10-6m/s El grosor de biopelfcula (LB) esta relacionado con kB mediante la siguiente ecuaci6n:

Donde Di,B es el coeficiente de difusi6n del arg6n en la biopelfcula y se calcul6 suponiendo que la difusividad en la biopelfcula es del 60% la del agua pura, lo que da un valor de 2,4 x 10-9m2/s. Esto da un grosor de biopelfcula de 1590 Im. Tambien se utiliz6 una tecnica 6ptica para medir el grosor de la biopelfcula, como medio de validar el metodo de detecci6n de gas inerte y se encontr6 que era 2000 Im ± 200 Im. El acuerdo entre los dos valores es a un nivel aceptable.

Valor umbral de grosor

Por encima de un cierto valor umbral crftico de grosor de biopelfcula es necesario iniciar un procedimiento de limpieza para eliminar el exceso de biopelfcula. La determinaci6n de grosor en cualquier momento del tiempo se puede determinar c6mo se ha descrito anteriormente, pero el valor umbral real es un sistema especffico y depende fundamentalmente de la profundidad de penetraci6n del oxfgeno en la biopelfcula. La profundidad de penetraci6n del oxfgeno (a) puede estimarse a partir de la siguiente ecuaci6n:

a = (2DeS0/k0)1/2, donde De es el coeficiente de difusi6n efectiva del oxfgeno en la biopelfcula, S0 es la concentraci6n de oxfgeno en la interfaz biopelfcula-membrana y k0 es la velocidad de reacci6n volumetrica del oxfgeno en la biopelfcula.

Ejemplo

Se hicieron estimaciones de cada uno de estos parametros para permitir calcular la profundidad de penetraci6n del oxfgeno. El coeficiente de difusi6n efectiva del oxfgeno en biopelfculas a 30°C se tom6 como el 60% del coeficiente de difusi6n del agua pura a esta temperatura, o 1,5 x 10-5cm2s-1. La concentraci6n de oxfgeno disuelto en la interfaz de biopelfcula-membrana se tom6 como 40,0 mg litro-1 y la velocidad de consumo volumetrico de oxfgeno (k0) se determin6 experimentalmente en 1,1 g m-3 s -1. A partir de estas estimaciones se encontr6 que la profundidad calculada de penetraci6n de oxfgeno en la biopelfcula desde la membrana era 380 Im. La profundidad de penetraci6n del oxfgeno depende de una serie de parametros, en particular la velocidad de reacci6n volumetrica del oxfgeno (k0), que, a su vez, depende de la densidad de la biopelfcula (X), la velocidad especffica de crecimiento de los microorganismos (I) y el rendimiento de biomasa en el sustrato (Y). La siguiente ecuaci6n se puede utilizar para calcular k0.

Para aplicaciones tfpicas de tratamiento de aguas residuales, los valores de los parametros, X, Y y I son generalmente conocidos sobre la base del analisis de datos de planta o estudios piloto. Por consiguiente, se puede determinar la profundidad de penetraci6n del oxfgeno y de este modo el valor umbral para el inicio del control del grosor de la biopelfcula.

Retirada de la biopelicula

Haciendo referencia a la FIG 3, para controlar el grosor de la biopelfcula se proporcionan uno o mas aireadores (15) debajo de la unidad de membrana (11) y se conectan a un soplador de aire para restregar. Desde el aireador emergen burbujas de aire y ascienden a traves de la membrana (11) y retiran ffsicamente parte o toda la biopelfcula de las membranas. Una fracci6n importante de la biopelfcula sera eliminada en un corto perfodo de tiempo (tfpicamente unos minutos). Una vez finalizado el ciclo de limpieza, la corriente de inundaci6n gas-lfquido se desconecta y vuelve a comenzar el funcionamiento continuo.

Las realizaciones de la invenci6n que se describen con referencia a los dibujos comprenden un metodo para medir el grosor de biopelfculas en un reactor de biopelfculas soportadas en membrana, y un reactor de biopelfculas soportadas en membrana que tiene unos medios de detecci6n de grosor de biopelfcula. En una realizaci6n, el reactor incluye unos medios de procesamiento para poner en correlaci6n los cambios de presi6n intramembrana con el grosor de las biopelfculas. Sin embargo, la invenci6n tambien se extiende a programas informaticos,en particular programas informaticos almacenados o en un portador, adaptados para poner en practica la invenci6n. El programa puede ser en forma de c6digo fuente, c6digo objeto, o un c6digo intermedio entre fuente y c6digo objeto, tal como en forma compilada parcialmente o en cualquier forma adecuada para su uso en la implementaci6n del metodo segun la invenci6n. El portador puede comprender un medio de almacenamiento tal como R0M, por ejemplo, CD-R0M, o soporte magnetico de grabaci6n, por ejemplo, un disquete o un disco duro. El portador puede ser una senal electrica u 6ptica que puede ser transmitida a traves de un cable electrico u 6ptico o por radio u otros medios.

La invenci6n no se limita a las realizaciones descritas anteriormente en esta memoria, que pueden variarse en su construcci6n y detalles sin apartarse del alcance de la invenci6n tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un metodo para evaluar el grosor de biopelfcula en un reactor de biopelfcula soportada en membrana (MSBR) del tipo que comprende un paso interno que contiene una fase gaseosa, una fase lfquida y una membrana permeable a gases que proporciona una interfaz entre la fase gaseosa y la lfquida, el metodo comprende las etapas

5 de: -cargar el paso interno con un gas inerte; -cerrar el paso interno para establecer una presi6n elevada inicial en el paso interno; -medir la velocidad del cambio de presi6n dentro del paso interno; y -poner en correlaci6n la velocidad del cambio de presi6n (dP/dt) con el grosor de la biopelfcula.

10 2. Un metodo segun la reivindicaci6n 1, en el que la etapa de poner en correlaci6n dP/dt con el grosor de la biopelfcula implica: -poner en correlaci6n dP/dt con la velocidad de difusi6n del gas inerte (dn/dt); -poner en correlaci6n dn/dt con un coeficiente de transferencia de masa global (K);

-

poner en correlaci6n K con el coeficiente de transferencia de masa de la biopelfcula (kB); y 15 -poner en correlaci6n kB con el grosor de la biopelfcula.
3.

Un metodo segun la reivindicaci6n 1 o 2 en el que el MSBR es un reactor de fibra hueca.
4.

Un metodo segun cualquier reivindicaci6n anterior en el que la velocidad de cambio de la presi6n dentro del paso interno se mide utilizando un transductor de presi6n.
5.

Un metodo para hacer funcionar un reactor de biopelfculas soportadas en membrana que comprende las

20 etapas de evaluar peri6dicamente el grosor de las biopelfculas en el reactor usando un metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 e iniciar un procedimiento de limpieza para eliminar el exceso de biopelfcula cuando se determina que el grosor de la biopelfcula es superior a un valor umbral de grosor.
6. Un metodo segun la reivindicaci6n 5, en el que el valor umbral de grosor para la biopelfcula es la profundidad de penetraci6n del aceptador de electrones o donante de electrones.

25 7. Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 5 a 6, que emplea un procesador adaptado para: -recibir lecturas de presi6n desde el transductor de presi6n; -calcular el valor de dP/dt; -poner en correlaci6n el valor de dP/dt con el valor de grosor de una biopelfcula; -comparar el valor de grosor de la biopelfcula con un valor umbral de grosor preestablecido; y

30 -activar un procedimiento de limpieza cuando el valor de grosor de la biopelfcula se encuentra por encima del valor umbral de grosor preestablecido.
8. Un reactor de biopelfculas soportadas en membrana (RMID) del tipo que comprende una membrana permeable a gases que proporciona una interfaz entre un paso interno que contiene una fase gaseosa, y una fase lfquida, caracterizado porque el MSBR comprende unos medios para inundar el paso interno con un gas inerte, unos

35 medios para cerrar y volver a abrir el paso interno, unos medios de detectar la presi6n intramembrana dentro del paso interno, y unos medios de procesamiento adaptados para poner en correlaci6n los cambios de presi6n intramembrana con el grosor de la biopelfcula.
9. Un MSBR segun la reivindicaci6n 8 en el que los medios para detectar la presi6n intramembrana son proporcionados por un transductor de presi6n.

40 10. Un MSBR segun la reivindicaci6n 8 o 9, en el que una membrana permeable a gases es en forma de una fibra hueca en la que la fase gaseosa se encuentra situada en el paso interno de la fibra.
11. Un MSBR segun cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10 en el que los medios de procesamiento estan adaptados para:

-

recibir lecturas de presi6n desde los medios de detecci6n de presi6n;

-calcular el valor de dP/dt; y -poner en correlaci6n el valor de dP/dt con el valor de grosor de una biopelfcula.
12. Un programa informatico que comprende instrucciones de programa para hacer que un ordenador realice el metodo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

5 13. Un sistema implementado en ordenador para evaluar el grosor de biopelfcula en un reactor de biopelfcula soportada en membrana (MSBR) del tipo que comprende un paso interno que contiene una fase gaseosa, una fase lfquida y una membrana permeable a gases que proporciona una interfaz entre la fase gaseosa y la lfquida, el sistema comprende:

-

unos medios para cargar el paso interno con un gas inerte;

10 -unos medios para cerrar el paso interno para establecer una presi6n elevada inicial en el paso interno;

-

unos medios para medir la velocidad del cambio de presi6n dentro del paso interno; y

-

unos medios para poner en correlaci6n la velocidad del cambio de presi6n (dP/dt) con el grosor de la biopelfcula.
14. Un sistema implementado en ordenador segun la reivindicaci6n 13 y que comprende:

15 -unos medios para poner en correlaci6n dP/dt con la velocidad de difusi6n del gas inerte (dn/dt); -unos medios para poner en correlaci6n dn/dt con un coeficiente de transferencia de masa global (K); -unos medios para poner en correlaci6n K con el coeficiente de transferencia de masa de la biopelfcula (kB);

y -unos medios para poner en correlaci6n kB con el grosor de la biopelfcula. 20 15. Un sistema implementado en ordenador segun la reivindicaci6n 13 o 14 y que incluye ademas unos medios para accionar un procedimiento de limpieza de biopelfcula cuando el grosor medido de la biopelfcula es superior a un valor umbral de biopelfcula.