ES2713451A1 - Dispositivo para la retención y biodegración de vertidos de fluidos térmicos de centrales termosolares - Google Patents

Abstract

Dispositivo para la retención y biotratamiento de derrames de los componentes de fluido térmico (bifenilo, óxido de difenilo y productos de degradación térmica de ambos) en juntas esféricas (ball-joints) en centrales termosolares. El sistema consta de un material de retención, formado por la mezcla heterogénea de tres componentes inertes de base silícea, y un consorcio microbiano adsorbido a dichos materiales. La retención de los citados componentes tiene lugar a nivel superficial en los distintos materiales. La degradación de los mismos transcurre a través de la degradación enzimática propiciada por el consorcio microbiano inmovilizado en los materiales. Este dispositivo es de utilidad para retener los citados componentes en caso de pérdidas por goteo, fugas o escapes de fluido térmico en centrales termosolares.

Description

DESCRIPCION

Dispositivo para la retention y biodegradation de vertidos de fluidos termicos de centrales termosolares.

Sector tecnico al que se refiere la invencion

La presente invencion es una aportacion al sector de la Biotecnologla aplicada al Medio Ambiente y en particular es de utilidad en Centrales Termosolares en las que se utilicen fluidos termicos. Es pues una invencion de interes para la industria de production de energla renovable, sector termosolar.

Exposition del estado de la tecnica

La produccion de energla renovable a traves de centrales termosolares es, sin duda, una alternativa muy eficiente en terminos medioambientales, tanto en lo que se refiere al consumo de recursos como al impacto de dicha actividad sobre el aire, el agua o el suelo. Sin embargo, como toda fuente de produccion de energla, no esta exenta de forma absoluta de cierto impacto sobre los ecosistemas.

En concreto, los componentes del fluido termico que circula por las tuberlas, la mezcla eutectica formada por bifenilo (1,1 '-Bifenilo) (24%) y oxido de difenilo (difenil eter) (76%), son toxicos, y ademas cuando se calientan a las temperaturas de operation (del orden de 400°C) se degradan y dan lugar a la formation de sub-productos, alguno de ellos cancerlgeno como es caso del benceno.

Por una cuestion meramente accidental, (un escape de poca magnitud; un goteo) puede suceder que el fluido se derrame y termine contaminando el suelo, los aculferos, u otros sistemas naturales proximos, lagunas y lagos, por ejemplo.

Cuando se trata de pequenos derrames, especialmente ciertas perdidas que se producen en las juntas denominadas “bail-joints”, las posibles fuentes de contamination estan dispersas, son eventuales y no es facil prever cuando se va a producir una de estas perdidas por lo que, para estos casos, es importante disponer de un dispositivo que aisle del medio receptor (suelo) el agente contaminante. Si ademas, asociado a dicho dispositivo esta la posibilidad de la degradation in situ del mismo, el resultado es mucho mas interesante porque no es necesario la elimination (mecanica) para la retirada de dicho contaminante, ni se generan residuos que sea necesario gestionar con las debidas precauciones por contener compuestos toxicos.

Para estas situaciones, preocupantes porque se producen con cierta frecuencia y suponen el riesgo de que un Huido toxico percole a traves del suelo y contamine, no solo el propio sustrato sino tambien aculferos, se propone el desarrollo de la presente invencion.

Actualmente no existen alternativas en el mercado respecto a la aplicacion que se propone en la presente invencion. Las soluciones que se adoptan estan relacionadas con el uso de absorbentes qulmicos (telas) para retener derrames (hidrocarburos).

Las autoridades con competencias relativas al problema que nos ocupa, estan actualmente obligando a las empresas que explotan centrales termosolares a implementar una solution para evitar que haya contaminacion del suelo y agua por causa de escapes de fluido termico en los parques termosolares. Es por ello que la presente invencion es un gran interes actual dado el escaso numero de posibles alternativas existentes.

Objeto de la invencion

La invencion se refiere a un dispositivo para la retention de derrames de fluidos termicos basados en mezclas de bifenilo, oxido de difenilo y productos de degradation termica del bifenilo y oxido de difenilo como son el benceno, fenol y otros, en juntas esfericas (ball- joints) u otros puntos susceptibles de vertido en centrales termosolares.

El dispositivo consta de: un soporte (contenedor), el propio material de retencion y un componente biologico.

El soporte es un mero sistema de contention del material. El material de retencion esta formado por la superposicion de tres capas de tres materiales inertes diferentes. En los materiales esta inmovilizado un consorcio bacteriano que degrada los componentes del fluido termico anteriormente mencionados cuando han quedado retenidos.

La principal novedad de la invencion esta en el "sistema de retencion’' porque la combination de materiales inertes se ha seleccionado de modo que cada uno de ellos tiene una funcion diferencial en la retencion de perdidas de los componentes del fluido y de sus productos de degradacion, consiguiendose de este modo optimizar la retencion del fluido tanto en condiciones de humedad como de sequedad, y eliminandose las perdidas por desorcion.

Ademas la invencion tiene otra novedad y es el consorcio bacteriano que se inmoviliza en los materiales. Este consorcio bacteriano ha sido seleccionado ha sido seleccionado a traves de un proceso de mejora genetica para tener la capacidad optima para degradar los componentes del fluido termico in situ.

Finalmente, la invencion resulta novedosa en cuanto que es una alternativa diferente, no existente en el mercado, de un dispositivo para prevenir la contamination de suelo (y agua, indirectamente) en toda la extension de las plantas termosolares. Se trata de un sistema modular que puede colocarse en cualquier punto susceptible de perdidas, y que resulta muy facil de implementar, puesto que se pueden elegir las unidades a colocar de forma individualizada, pueden moverse, cambiarse, no se necesitan anclajes ni obra civil, algo que facilita mucho las tareas para su colocation en las muchas hectareas de terreno que constituyen los campos de espejos de las centrales termosolares.

Explication de la invencion

Para llevar a cabo la retencion y degradacion de los componentes del fluido termico de uso habitual en plantas termosolares en derrames eventuales se ha ideado un dispositivo formado por: 1) un material inerte que retiene los compuestos contaminantes y 2) un consorcio microbiano que degrada dichos contaminantes.

Mediante la presente invencion, un escape del fluido termico que circula por las tuberlas como caloportador es retenido y aislado del suelo mediante un sistema multisustrato formado por tres capas de tres materiales distintos basados en compuestos de silicio: 1) la capa mas externa, constituida por el material MABJ03, 2) una capa intermedia del material MAVBJ04 y 3) la capa mas interna del material MGBJ05. La distribution de los materiales y el espesor de cada una de las capas se ha disenado (despues de probar muchas configuraciones) para que sea maxima la retencion y nula la desorcion de los componentes organicos del fluido termico, de tal manera que la configuration final tiene un 40% del material MAVBJ04, un 20% del material MAVBJ04 y un 40% del material MGBJ05 (% en peso).

A su paso por el soporte mixto, los componentes del fluido termico quedan retenidos en el dispositivo multisustrato a traves de un proceso flsico de adsorcion.

En una segunda etapa mas lenta (75% degradation en 30 dlas), los compuestos organicos retenidos en los materiales son degradados por la actividad metabolica del consorcio microbiano que se encuentra inmovilizado en la superficie de dichos materiales.

El dispositivo lleva incorporado ademas una capa de drenaje para el agua tratada, y esta confinado en un contenedor que a su vez alsla del suelo todo el dispositivo mediante unas gulas.

En resumen, el objetivo de la presente invention es utilizar un dispositivo para retener vertidos incontrolados de fluido termico que se dan fundamentalmente en las juntas (hall joints) de las plantas termosolares.

Description del dibujo

Para facilitar la description y con objeto de ayudar a una mejor comprension del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realization practica del mismo, se adjunta como parte integrante de dicha description, un dibujo donde, con caracter ilustrativo y no limitativo, se representa un diagrama esquematico de los distintos elementos que componen el sistema de retention de fluido termico. En dichas figuras se reflejan: 1) el detalle de composition de una unidad de retention (Figura 1); 2) la representation de como se dispondrlan dichas unidades en torno a un pilar que soporta las tuberlas por las que circula el fluido (Figura 2); 3) las gulas sobre las que se soportarlan las unidades modulares (Figura 3).

As! en la Figura 1 queda representado como es la disposition de las capas de los tres materiales y como, separando cada una de las capas se coloca una capa de geotextil; asimismo, la superficie lleva una cubierta protectora; y en la parte mas proxima al suelo se incluye una capa de drenaje.

Esta configuration constituye lo que puede considerarse una unidad modular de retention (Figura 1), que se coloca sobre el suelo sobre unas gulas (Figura 3). De estas unidades modulares se podran colocar tantas (Figura 2) como sea necesario para cubrir la parte de suelo bajo los pilares que sostienen las tuberlas por las que circula el fluido y que pudiera verse afectada por un posible goteo.

Exposition detallada de al menos un modo de realizar la invention

El primer paso supone la selection y preparation de los tres materiales que constituyen la base del sistema de retention. Para ello es necesario disponer de los tres materiales en la granulometrla y caracterlsticas adecuadas.

Una vez conseguidos los materiales, se realizara una segunda etapa a traves de la cual el consorcio microbiano se fija al soporte. Esto se consigue poniendo en contacto material y el consorcio por un tiempo suficiente que permita que las bacterias, en presencia del medio de cultivo, crezcan formando una biopellcula que se adhiere al soporte.

La activation o inoculo de los materiales se hace separadamente, antes de colocar los materiales en el sistema de retention. De forma sencilla, se procederla como sigue: se prepararla un cultivo de 60 L del consorcio microbiano. Un volumen de 20 L de cultivo se pondrla en contacto con cada uno de los materiales por un periodo de tiempo suficiente (un mes aprox.) para que se forme el biofilm y quede todo el material colonizado.

Transcurrido este periodo los tres materiales se dispondrlan en el contendor, con lo que se habrla completado la construction de una unidad modular (Figura 1).

Ejemplo practico

Para la explication del funcionamiento del dispositivo de retention se construyo una unidad modular y se probo como se describe a continuation.

Se aportan magnitudes de un modelo prototipo. El escalado a condiciones reales dependera de las caracterlsticas de cada instalacion termosolar, pero tanto el diseno, distribution y cantidad de cada uno de los materiales, asl como el volumen necesario para inocular de consorcio microbiano de los materiales se mantendran en las mismas proporciones.

Se diseno y construyo un sistema prototipo de retention de 0,05 m3, en el que se dispusieron un total de 30 kg (total de los materiales). Se utilizaron 60 L de inoculo de un consorcio bacteriano para activar biologicamente los materiales.

Para simular un derrame, el sistema se dispuso debajo de una bureta conteniendo la mezcla eutectica de bifenilo y oxido de difenilo. Se dejaron caer volumenes de 10,5 y 2,5 mL de la mezcla sobre el dispositivo, a traves de dos procedimientos: a) goteo; b) dispersion mediante un difusor. Se probaron dos condiciones: a) con los sustratos humedos; b) con los sustratos secos.

Se midio la presencia de bifenilo y oxido de difenilo en las muestras que se recogieron a traves del drenaje, encontrandose que la cantidad de bifenilo y de oxido de difenilo oscilaron (segun configuration) entre 0,015-0,002 pg/l de bifenilo y 0,027-0,043 pg/L de oxido de difenilo.

Los ensayos se realizaron considerando: a) un vertido de bifenilo y oxido de difenilo con una relation de 27: 73% (m/m), respectivamente; b) 25, 70 y 5% de bifenilo, oxido de bifenilo y benceno; y c) 25, 65, 5 y 5% (m/m) de bifenilo, oxido de bifenilo, benceno y fenol, respectivamente.

Una vez "contaminados los materiales” se dejaron por un tiempo de 30 dias, transcurrido el cual se tomaron tres muestras de 0,5 g de cada uno de los materiales, representativas de distintas localizaciones en el prototipo. En cada una de estas muestras se analizo el contenido en bifenilo, oxido de difenilo (y benceno y fenol, cuando correspondla), resultando que, en todos los casos, los valores encontrados se encontraban por debajo del llmite de detection del equipo.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para la retention de bifenilo, oxido de difenilo, benceno, fenol y cualquier producto de degradation termica del bifenilo y oxido de difenilo que comprende un soporte inerte y un consorcio bacteriano inmovilizado en dicho soporte.

2. Dispositivo segun reivindicacion anterior, que se caracteriza porque el soporte esta constituido por la mezcla heterogenea de tres materiales inertes sillcicos en proportion definida (relaciones en peso de cada uno de ellos: 40/20/40%.

3. Dispositivo, segun reivindicaciones 1-2, en el que el soporte esta colonizado por un consorcio bacteriano con capacidad para degradar bifenilo, oxido de difenilo, benceno, fenol y cualquier producto de degradacion termica del bifenilo y oxido de difenilo.

4. Consorcio bacteriano segun reivindicacion 3 que ha sido seleccionado a traves de un proceso de mejora genetica por selection artificial.

5. Consorcio bacteriano segun reivindicaciones 3-4 que se inmoviliza en los materiales soporte descritos en reivindicaciones 1-2, mediante la formation de un biofilm que se adsorbe a la superficie de los mismos.

6. Consorcio bacteriano segun reivindicaciones 3-5 que se caracteriza porque degrada in situ (en el propio dispositivo objeto de la invention) bifenilo, oxido de bifenilo, fenol, benceno y cualquier producto de la degradacion termica del bifenilo y oxido de bifenilo.

7. Consorcio bacteriano segun reivindicaciones 3-6 caracterizado porque es capaz de degradar, en un tiempo de 30 dlas, el 75 % del bifenilo, oxido de bifenilo, fenol, benceno y cualquier producto de la degradacion termica del bifenilo y oxido de bifenilo que estuvieran adsorbidos al material de soporte descrito en reivindicaciones 1-2.

8. Procedimiento para retener y degradar oxido de difenilo, bifenilo y cualquier derivado de la degradacion termica de ambos, mediante el dispositivo descrito en reivindicaciones 1-2.

9. Procedimiento segun reivindicacion 8, caracterizado porque en caso de un vertido de los compuestos anteriormente indicados, en una primera etapa estos quedan retenidos en el soporte inerte del dispositivo.

10. Procedimiento segun reivindicaciones 8-9 caracterizado porque una vez retenidos en el dispositivo objeto de la invencion, el bifenilo, oxido de bifenilo, benceno, fenol, y cualquier producto procedente de la degradacion termica de bifenilo y oxido de bifenilo, son degradados enzimaticamente mediante el consorcio bacteriano que se encuentra inmovilizado en el soporte inerte, con lo que se alcanza la practica mineralization de los distintos compuestos organicos.