ES2878175T3 - Sistema de fermentación microbiana para cultivar y evacuar un material biológico - Google Patents

Sistema de fermentación microbiana para cultivar y evacuar un material biológico Download PDF

Info

Publication number
ES2878175T3
ES2878175T3 ES15727041T ES15727041T ES2878175T3 ES 2878175 T3 ES2878175 T3 ES 2878175T3 ES 15727041 T ES15727041 T ES 15727041T ES 15727041 T ES15727041 T ES 15727041T ES 2878175 T3 ES2878175 T3 ES 2878175T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
phase tank
tank
secondary phase
bacteria
primary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES15727041T
Other languages
English (en)
Inventor
David Culpin
Lawrence Moore
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NCH Corp
Original Assignee
NCH Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NCH Corp filed Critical NCH Corp
Application granted granted Critical
Publication of ES2878175T3 publication Critical patent/ES2878175T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/58Reaction vessels connected in series or in parallel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M45/00Means for pre-treatment of biological substances
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • C02F3/341Consortia of bacteria
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/44Multiple separable units; Modules
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/18External loop; Means for reintroduction of fermented biomass or liquid percolate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/12Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/26Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of pH
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/44Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of volume or liquid level
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/48Automatic or computerized control

Abstract

Sistema de producción de una suspensión acuosa que contiene bacterias, comprendiendo el sistema un suministro de agua, al menos un sistema de control de la temperatura, y al menos dos tanques, donde al menos un primer tanque es un tanque de fase primaria que comprende un medio de calentamiento, y un segundo es un tanque de fase secundaria, estando el tanque de fase primaria en comunicación de fluidos con el tanque de fase secundaria, donde el tanque de fase secundaria comprende además una salida de producto y un medio de calentamiento, caracterizado por que el sistema comprende además un circuito de recirculación al tanque de fase secundaria.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de fermentación microbiana para cultivar y evacuar un material biológico
[0001] La presente invención se refiere a un sistema para fermentación microbiana. Este sistema contrarresta los aspectos negativos de la fase de estado latente en el cultivo biológico de un material iniciador al promover la fase de crecimiento exponencial.
[0002] Existen dispositivos y sistemas disponibles que cultivan, suministran, solubilizan, transfieren y distribuyen bacterias para diversas aplicaciones. Estos sistemas de fermentación microbiana están disponibles en un rango de tamaños en función de la aplicación deseada. Las aplicaciones pueden incluir, por ejemplo, la digestión y eliminación de grasa de desagües de procesamiento de alimentos o de restaurantes, filtros de grasas, flotadores de grasas, matadores, alcantarillas, fosas sépticas y plantas de tratamiento de aguas residuales. Los sistemas de fermentación microbiana están a menudo diseñados para suministrar grandes cantidades de bacterias activas y de origen natural a la aplicación deseada (p. ej., un desagüe). Las bacterias ayudan a acelerar la descomposición natural de los residuos orgánicos; el documento US3984286 da a conocer un aparato y un proceso de uso del aparato para cultivo microbiano que comprende: un prefermentador; un fermentador intermedio conectado en serie, mediante un primer conducto, a dicho prefermentador en posición posterior a este, por medio del cual se suministra efluente de dicho prefermentador a dicho fermentador intermedio, presentando dicho fermentador intermedio un volumen sustancialmente mayor que dicho prefermentador. Un primer medio intercambiador de calor está en relación de transferencia de calor con respecto a dicho fermentador intermedio.
[0003] Por lo general, se establecen unos requisitos de pureza estrictos para las aguas residuales procedentes de instalaciones industriales y comerciales, y los sistemas de fermentación microbiana como estos son capaces de producir suficientes bacterias para transformar aguas residuales muy contaminadas en aguas residuales que cumplan con los requisitos reglamentarios. Estos sistemas microbianos también tienen un bajo consumo energético y presentan el beneficio añadido de que reducen la cantidad de lodo desechado en otro lugar. El uso de bacterias para procesar los residuos puede sustituir al uso de sustancias químicas nocivas.
[0004] El crecimiento bacteriano se produce en las siguientes etapas (también conocida como la curva de crecimiento bacteriano):
1. Fase de estado latente; un retraso antes de que se observe actividad y crecimiento
2. Crecimiento; fase de crecimiento exponencial
3. Meseta; donde los números son bastante constantes
4. Declive; donde los números disminuyen de forma creciente (también denominada fase de muerte)
[0005] Los dispositivos actuales cultivan bacterias que están latentes o en un estado de baja actividad, por lo que cada repetición del ciclo incluye una fase de estado latente. La fase de crecimiento exponencial se ve afectada por las condiciones del proceso. Esto significa que una parte significativa del ciclo de crecimiento no es eficiente.
[0006] Según la presente invención se proporciona un sistema de producción de una suspensión acuosa que contiene bacterias, comprendiendo el sistema un suministro de agua, un sistema de control, y al menos dos tanques, donde al menos un primer tanque es un tanque de fase primaria, y un segundo es un tanque de fase secundaria, estando el tanque de fase primaria en comunicación de fluidos con el tanque de fase secundaria, donde el tanque de fase secundaria comprende además una salida de producto, caracterizado por que el sistema comprende además un circuito de recirculación al tanque de fase secundaria.
[0007] La fase primaria es la primera etapa de la curva de crecimiento bacteriano, que es la fase de estado latente. La fase secundaria es la fase de crecimiento exponencial de la fase de crecimiento bacteriano.
[0008] El sistema de acuerdo con la presente invención prepara y mantiene las condiciones ideales para la fase de crecimiento exponencial. Las bacterias o consorcios bacterianos que han completado la fase de estado latente y están comenzando la fase de crecimiento son transferidas desde el tanque o tanques de fase primaria al tanque de fase secundaria. Preferiblemente, la transferencia se lleva a cabo de una forma y en un momento que minimiza el choque de transferencia que podría de otro modo retrasar el crecimiento. El sistema garantiza que se usen las condiciones de procesamiento correctas para prolongar el tiempo y expandir el volumen de la fase de crecimiento exponencial de las bacterias de entrada para proporcionar una generación a gran escala en el tanque de fase secundaria, que puede servir de proceso de incubación secundario. La fase secundaria también puede prolongarse en una fase terciaria y adicionales según sea necesario. Los tanques adicionales para la fase primaria o la fase secundaria pueden estar dispuestos en serie o en paralelo. El producto es un líquido o suspensión que contiene bacterias en estado activo, que pueden usarse de inmediato para la aplicación deseada.
[0009] El sistema puede usarse con bacterias aerobias, bacterias anaerobias o una combinación de bacterias aerobias y anaerobias. Si se emplean bacterias aerobias, el sistema puede incluir además un dispositivo o sistema para airear el fluido en que se cultivan las bacterias. Si se emplean bacterias anaerobias, no es necesaria una etapa de aireación.
[0010] Las bacterias pueden incubarse previamente en cualquier número de dispositivos existentes, adaptados para adecuarse a las cepas bacterianas concretas necesarias para la aplicación final. Las condiciones del sistema pueden ajustarse para coincidir con las que necesitan las bacterias de entrada/cepa(s) bacteriana(s) y para adecuarse a la tarea de procesamiento.
[0011] Existen un número de condiciones que deben ser controladas durante el proceso de fermentación. Es deseable controlar el volumen (para evitar el estrés competitivo), los niveles de aireación (grado de oxigenación), la temperatura, el pH, los niveles de nutrición y la homogeneidad de la mezcla.
[0012] La temperatura del proceso es uno de los factores físicos que más influyen. El intervalo de temperatura puede estar entre -10 °C y 95 °C, aunque más comúnmente el intervalo de temperatura está entre 10 °C y 50 °C. El intervalo de temperatura óptimo está determinado por las especies específicas de bacterias usadas. Los psicrófilos muestran un crecimiento óptimo a temperaturas por debajo de 20 °C, los mesófilos en temperaturas en el intervalo de 20-45 °C, y los termófilos a temperaturas por encima de 45 °C. Los extremófilos pueden sobrevivir a temperaturas de -17 °C y 130 °C. La mayoría de los cultivos bacterianos comúnmente usados son mesófilos, y las temperaturas de los tanques se controlan entre el intervalo de 10 °C y 50 °C.
[0013] El pH del proceso es otro factor importante. La mayoría de las bacterias prefieren un pH en el intervalo de 5-9, estando el pH óptimo próximo a 7. Las bacterias anaerobias pueden tolerar un intervalo de pH más amplio que las bacterias aerobias.
[0014] Aunque muchos tipos de bacterias solo pueden crecer en ausencia de oxígeno (anaerobias), muchos tipos son capaces de crecer en presencia o en ausencia de oxígeno. Los organismos aerobios dependen de la presencia de oxígeno para reacciones enzimáticas y para el sistema de transporte de electrones que usan para generar energía.
[0015] El medio de cultivo puede estar formulado específicamente para la especie de bacteria que vaya a usarse. Esto puede lograrse al mezclar compuestos puros en unas proporciones definidas con precisión para producir un medio de cultivo sintético y bien definido. Los medios de cultivo sintéticos suelen reproducirse fácilmente, presentan una tendencia baja a la formación de espuma, muestran translucidez y permiten una recuperación fácil del producto. El medio de cultivo sintético puede ser acuoso, y puede comprender agua con un grupo seleccionado de aditivos nutrientes. De forma alternativa, pueden usarse medios de cultivo de origen natural (medios complejos). Estos tipos de medios de cultivo incluyen melaza y líquido de maceración del maíz, y la composición química de los medios de cultivo de origen natural puede no estar definida con precisión debido a su naturaleza compleja.
[0016] Además de una fuente de energía y una fuente de carbono, las bacterias también pueden necesitar nutrientes adicionales que incluyan elementos esenciales y oligoelementos. Los nutrientes necesarios dependen de la especie de bacteria, pero incluyen fuentes de nitrógeno y azufre, así como minerales y vitaminas. Si se añaden nutrientes adicionales al sistema, el objetivo normalmente es compensar las bajas cantidades de un determinado elemento o ingrediente en los medios de cultivo.
[0017] Es posible usar una sola cepa de bacterias o, de forma alternativa, puede usarse un consorcio bacteriano. Las bacterias están provistas en forma de «material iniciador». Este material iniciador puede ser un sólido de partículas que comprende un componente bacteriano. Puede proporcionarse en forma de pellet, perla, comprimido o gránulo, así como en forma líquida. El material iniciador puede contener también un componente de nutriente. Cuando el material iniciador se proporciona en forma sólida, puede ser preferible añadir el material al uno o varios tanques mediante un mecanismo de alimentación por gravedad.
[0018] Los flujos de alimentación y producto pueden ser continuos o periódicos en función de los mejores requisitos de cultivo de las bacterias que se están usando. Otros factores que influirían en si se usa un proceso por tandas, periódico o continuo son: el tipo de planta, las condiciones de procesamiento y el régimen de procesamiento.
[0019] Pueden usarse más de dos tanques de fase primaria para preparar las bacterias. El material iniciador que contiene bacterias se añade al tanque o tanques de fase primaria, donde se deja hasta que la fase de estado latente se ha completado o está casi completada. El tanque o tanques de fase primaria pueden calentarse o enfriarse según sea necesario. El tanque o tanques de fase primaria también pueden contener un mezclador para garantizar una mezcla homogénea y unos buenos niveles de aireación. Una vez que la fase de estado latente está completa o casi completa, las bacterias preparadas, que están próximas a la fase de crecimiento, pueden transferirse al tanque de fase secundaria. Los nutrientes pueden añadirse a cualquiera de los tanques de fase primaria o fase secundaria si es necesario.
[0020] El tanque o tanques de fase primaria pueden ser cualquier contenedor adecuado para preparar las bacterias y dejar la mezcla acuosa o lodo hasta que la fase de estado latente esté casi completada. Aunque se ha descrito como un tanque a lo largo de esta solicitud, el contenedor también podría ser un bidón, cubeta, cubo, botella, depósito o cualquier otro contenedor que pueda usarse con el propósito de contener fluido. Preferiblemente, el tanque de fase primaria presenta una salida que da suministro al tanque de fase secundaria.
[0021] El tanque de fase secundaria también puede ser cualquier contenedor adecuado con el propósito de contener fluido. Preferiblemente, el tanque de fase secundaria presenta al menos una entrada para recibir el fluido que contiene bacterias procedente del tanque de fase primaria y al menos una salida para suministrar el producto a la aplicación deseada. El tanque secundario puede ser, por ejemplo, un tanque mezclador del tipo dado a conocer en el documento WO2011/005605, cuyas características se incorporan a la presente memoria en su totalidad.
[0022] Los tanques de fase primaria y los tanques de fase secundaria pueden ser de cualquier tamaño que sea adecuado para la aplicación prevista. Por ejemplo, los tanques de fase primaria y secundaria pueden tener una capacidad para fluidos en el intervalo de 250ml a 50000 litros.
[0023] Los tanques están provistos de sensores de temperatura y medios para calentar o enfriar el contenido del tanque hasta lograr la temperatura deseada. La temperatura del contenido del tanque puede alterarse usando un suministro de agua caliente, una camisa de calefacción, un intercambiador de calor en el interior del tanque o, alternativamente, un intercambiador de calor colocado en uno de los conductos de recirculación o suministro, También es posible usar uno o varios dispositivos de calentamiento termoeléctricos suspendidos en el interior del tanque. Los sensores de temperatura y el medio para calentar/enfriar los tanques pueden estar vinculados a un sistema de control. Los tanques pueden estar dispuestos de forma que la temperatura de los tanques de fase primaria se controle de forma independiente a la temperatura de los tanques de fase secundaria. De forma alternativa, la temperatura de cada tanque podría controlarse de forma individual.
[0024] El sistema de control podría comprender un controlador lógico programable (PLC) o un microprocesador. Por ejemplo, el sistema de control puede comprender un microprocesador que está conectado a las válvulas solenoides para controlar el flujo de agua al tanque de fase secundaria. El sistema de control puede estar programado para operar a unas horas determinadas para unas intervalos predeterminados y preprogramados. Alternativamente, el sistema de control puede estar diseñado para responder a lecturas de sensores para mantener las condiciones preprogramadas. El sistema de control también puede usarse para activar el suministro del «material iniciador» al tanque de fase primaria, el flujo de agua a los tanques de fase primaria y secundaria y para controlar el flujo del cultivo bacteriano preparado del tanque de fase primaria al de secundaria. Asimismo, el sistema de control podría controlar el caudal y volumen de cualquier flujo de recirculación, cualquier dispositivo de mezclado y cualquier dispositivo de aireación. En el ejemplo descrito más adelante, el índice de recirculación afecta a la aireación del fluido del tanque de fase secundaria y, por tanto, al controlar el caudal del flujo de recirculación, se controla la aireación del líquido. Puede usarse cualquier fuente de potencia disponible.
[0025] Las válvulas usadas en el sistema son comúnmente válvulas de control; son capaces de ser controladas por el sistema de control y vincularse a un circuito de retroalimentación. Las válvulas de globo o de diafragma son las más adecuadas para usarse como válvulas de control, y las válvulas pueden ser válvulas solenoides (que usan un diafragma para proporcionar un control sencillo de todo el rango de flujo). Las válvulas usadas para el flujo de agua de entrada son comúnmente válvulas antirretorno para evitar la contaminación del suministro de agua limpia. Puede que no sea necesario contar con una válvula antirretorno o air break en el flujo de entrada, en función de la calidad del suministro de agua y la normativa local. Los tipos alternativos de válvulas incluyen válvulas de compuerta, válvulas de mariposa, válvulas esféricas y giratorias. El número de válvulas usadas, el tipo de válvula y la colocación de estas válvulas puede variar con cada sistema. La ubicación de la válvula puede depender, por ejemplo, de si se usa más de un tanque de fase primaria o secundaria, de si se añaden nutrientes desde un tanque de nutrientes separado y de si se usa un método de aireación y, en caso afirmativo, qué tipo. También pueden variar los tipos de bomba, en función del contenido en sólidos del circuito de reciclado y del flujo de producto, por ejemplo. También puede usarse bombas sumergidas, si es necesario. De forma alternativa, los sistemas de alimentación por gravedad pueden usarse en lugar de bombas.
[0026] El nivel de líquido en el tanque puede controlarse por medio del sistema de control. El sistema de control podría incluir sensores o detectores de nivel en el tanque. Un ejemplo de un sensor de nivel adecuado sería un interruptor de flotador. Alternativamente, los flujómetros pueden usarse para calcular el nivel en el tanque de fase primaria o secundaria.
[0027] A continuación se describe un ejemplo de un sistema que utiliza bacterias aerobias, en referencia a las figuras 1-3. Este ejemplo incluye el uso de una tobera eyectora situada en un flujo de fluido en recirculación al tanque de fase secundaria. La tobera eyectora puede usarse para mejorar la aireación de la corriente de líquido. Es posible sustituir la tobera eyectora con cualquier otro dispositivo capaz de arrastrar burbujas de aire al flujo de líquido en otras ubicaciones del proceso. La tobera eyectora es efectivamente un eyector o unidad de inyección, que depende del efecto Venturi para usar la energía de un fluido en movimiento para crear una zona de baja presión que atrapa y arrastra un fluido de succión (en este ejemplo, aire). El arrastre de aire da lugar a un flujo de fluido en movimiento aireado. Otros métodos alternativos para arrastrar el líquido incluyen: turbinas de aireación, difusores de pequeñas burbujas, difusores de burbujas gruesas y tuberías de aireación lineal, o pasar el líquido por el aire mediante fuentes, cascadas, paletas o conos. Unas burbujas más pequeñas dan lugar a una mayor eficiencia en la transferencia gaseosa, puesto que más gas está expuesto al líquido (mayor superficie de contacto). Los difusores o burbujeadores también pueden incorporarse al sistema para provocar turbulencias o promover el mezclado.
[0028] A continuación se describirán ejemplos de la presente invención, únicamente a modo de ejemplo, en referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos, en los cuales:
La figura 1 es un diagrama de flujo de un ejemplo de un sistema para cultivar y evacuar un material biológico, donde se usa un tanque de fase primaria y un tanque de fase secundaria.
La figura 2 es una vista en perspectiva del tanque de fase secundaria, que ilustra el uso de una disposición de boquillas de fluyo tangencial para crear un vórtice de turbulencia.
La figura 3 es una vista de planta del tanque de fase secundaria, que ilustra la circulación inducida en el tanque de fase secundaria mediante el posicionamiento tangencial de las boquillas.
[0029] La figura 1 ilustra un ejemplo de un sistema de preparación de una suspensión acuosa que contiene bacterias, donde se usa un solo tanque de fase primaria 1 con un solo tanque de fase secundaria 2.
[0030] Se proporciona un suministro de agua 2 al tanque de fase primaria 1, a través de una válvula antirretorno 3. Una fuente de material iniciador que contiene bacterias 4 se añade al tanque de fase primaria 1 a través de una entrada 5. En este ejemplo, el material iniciador es un sólido, en forma de pellet. También pueden añadirse nutrientes adicionales y un medio de cultivo. El suministro de agua puede calentarse antes de ser suministrado al tanque de fase primaria 1, aunque no se muestra en este ejemplo. En este ejemplo, el tanque de fase primaria 1 se calienta mediante una camisa de calefacción 6. La temperatura y pH del contenido del tanque de fase primaria 1 se controlan minuciosamente para promover el crecimiento de las bacterias. De este modo, el tanque de fase primaria 1 actúa de etapa inicial de incubación para las bacterias.
[0031] Cuando las bacterias del tanque de fase primaria 1 se aproximan al final de la fase de estado latente y empiezan a mostrar crecimiento, el líquido que contiene bacterias puede transferirse al tanque de fase secundaria 2 a través de una salida 7. El flujo de salida procedente del tanque de fase primaria 1 se suministra al tanque de fase secundaria 2 donde se mezcla con agua precalentada suministrada a una temperatura de entre 20 °C y 30 °C. El agua de entrada 2 pasa por una válvula antirretorno 8 y se calienta en un intercambiador de calor o mediante un calentador 9. A continuación, el agua caliente pasa por una válvula solenoide 10 y un espacio de aire/air break 11 antes de entrar en el tanque de fase secundaria 12. El objetivo del air break 11 es impedir el reflujo y cumplir con los reglamentos en materia de agua (comúnmente impuestos por las autoridades locales).
[0032] El nivel de líquido en el tanque de fase secundaria 12 puede controlarse mediante una pluralidad de válvulas, que pueden ser válvulas solenoides, junto con un sistema de control programable 13 y múltiples detectores de nivel en el interior del tanque de fase secundaria 12. El sistema de control puede estar diseñado para ser capaz de responder a fluctuaciones del nivel de líquido en el tanque mediante detectores de nivel, como por ejemplo interruptores de flotador 14, 15, 16.
[0033] Los nutrientes 17 se suministran al tanque de fase secundaria 12 desde un tanque de nutrientes 18 por medio de una bomba 19. Alternativamente, los nutrientes también pueden suministrarse al tanque de fase secundaria 2 por medio de un sistema de alimentación por gravedad. El suministro de nutrientes puede ser un material sólido, un líquido o un lodo. La bomba 19 o la válvula de entrada (no mostrada) puede estar vinculada al sistema de control para permitir el control de la cantidad de nutriente que se añade al tanque de fase secundaria 12.
[0034] El líquido del tanque de fase secundaria 12 en este ejemplo se recircula desde el tanque para mejorar la homogeneidad de la mezcla y mejorar los niveles de aireación. Cuando el tanque de fase secundaria 12 está parcialmente lleno, se inicia la bomba 20. La bomba 20 puede extraer líquido del fondo del tanque de fase secundaria 12 a través de una válvula de control de tres vías 21 para controlar el nivel de fluido en el tanque de fase secundaria. Como alternativa a una bomba, se puede usar un sistema de alimentación por gravedad. El líquido se extrae del tanque de fase secundaria 12 y pasa por una tobera eyectora 22, que aspira aire a través de un filtro 23. El flujo de aire puede controlarse mediante un flujómetro 24 provisto de una válvula de control 25. El control de la cantidad de aire que entra en el flujo de líquido permite la optimización de los niveles de oxígeno disuelto en el tanque de fase secundaria 12 (y, por tanto, permite el control de la aireación, uno de los parámetros del proceso). El líquido enriquecido en oxígeno se inyecta en el líquido que circula por el interior del tanque de fase secundaria 12 a través de unas boquillas 26 y 27. Las dos boquillas 26 y 27 están dispuestas de forma tangencial en el tanque de fase secundaria. El líquido aireado se recircula hasta llegar al punto máximo de la curva de crecimiento exponencial para las bacterias o consorcio bacteriano concretos. La naturaleza y calidad de la aireación y el mezclado pueden mejorarse usando esta disposición.
[0035] El efecto de las boquillas tangenciales 26 y 27 en el tanque de fase secundaria 12 está ilustrado en la figura 2 y la figura 3. La forma de inyectar líquido a través de las boquillas tangenciales crea un vórtice de turbulencia en el interior del tanque de fase secundaria 12, que mantiene las burbujas de aire microscópicas suspendidas en el líquido y prolonga el tiempo de contacto con el líquido. Esto ayuda a maximizar la transferencia de oxígeno al líquido y mantiene el nivel de oxígeno disuelto en el nivel ideal para lograr un crecimiento máximo del cultivo bacteriano.
[0036] La temperatura del tanque se mantiene a la temperatura más adecuada para el crecimiento de las bacterias. Puede usarse una camisa de calefacción 28 para mantener esta temperatura óptima. Alternativamente, podría usarse cualquier disposición de intercambiador de calor adecuada, como por ejemplo un sistema de calentamiento/enfriamiento termoeléctrico.
[0037] Cuando se ha logrado el crecimiento exponencial, la válvula de control de tres vías 21 puede usarse para evacuar el producto 29, un cultivo bacteriano de gran actividad, en el proceso o aplicación deseada. La bomba 20 puede usarse para ayudar a la recuperación del producto 29 del tanque de fase secundaria.
[0038] El tanque de fase secundaria 12 puede estar dispuesto para permitir el suministro continuo de bacterias del tanque de fase primaria 1 al tanque de fase secundaria 12. Se puede lograr un equilibrio del ritmo de crecimiento en el tanque de fase secundaria 12 si se controla el ritmo del suministro de las bacterias al tanque de fase secundaria 12. Se mantiene un nivel de nutriente 17 adecuado en el tanque de fase secundaria 12. Una cantidad correspondiente de bacterias secundarias incubadas se evacua a través de la válvula 21 en forma de producto 29.
[0039] Cultivos bacterianos adicionales en forma sólida o líquida pueden suministrarse directamente al tanque de fase secundaria 12 sin incubación previa. El ritmo de adición puede controlarse minuciosamente para mantener un crecimiento óptimo en el tanque de fase secundaria 12. Se mantiene un nivel de nutriente 17 adecuado en el tanque de fase secundaria 12. El tanque de fase secundaria 12 puede convertirse en un tanque de mezclado continuo en el que tanto los flujos de entrada (suministro) como de salida (producto) al proceso se controlen minuciosamente para mantener el equilibrio de crecimiento ideal para unas bacterias, cepa bacteriana o consorcio bacteriano en concreto. De esta forma, los flujos de suministro y producto pueden ser continuos o periódicos en función de la aplicación deseada.

Claims (15)

  1. REIVINDICACIONES
    i . Sistema de producción de una suspensión acuosa que contiene bacterias, comprendiendo el sistema un suministro de agua, al menos un sistema de control de la temperatura, y al menos dos tanques, donde al menos un primer tanque es un tanque de fase primaria que comprende un medio de calentamiento, y un segundo es un tanque de fase secundaria, estando el tanque de fase primaria en comunicación de fluidos con el tanque de fase secundaria, donde el tanque de fase secundaria comprende además una salida de producto y un medio de calentamiento, caracterizado por que el sistema comprende además un circuito de recirculación al tanque de fase secundaria.
  2. 2. Sistema según la reivindicación 1, donde el medio de calentamiento está conectado al sistema de control de la temperatura.
  3. 3. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el medio de calentamiento comprende un intercambiador de calor, una camisa de calefacción o un elemento de calentamiento como un dispositivo termopar.
  4. 4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el control de la temperatura del tanque de fase primaria es independiente del sistema de control de la temperatura del tanque de fase secundaria.
  5. 5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un intercambiador de calor configurado para calentar el suministro de agua antes de que el agua se distribuya a los tanques de fase primaria o secundaria.
  6. 6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el al menos un tanque de fase primaria incluye una entrada para un material que contenga bacterias.
  7. 7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el al menos un tanque de fase secundaria incluye un mezclador.
  8. 8. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el al menos un tanque de fase primaria incluye un mezclador.
  9. 9. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el sistema además un medio de aireación de la suspensión.
  10. 10. Sistema según la reivindicación 9, donde el medio de aireación de la suspensión está dispuesto en el circuito de recirculación.
  11. 11. Sistema según la reivindicación 9 o la reivindicación 10, donde el medio de aireación de la suspensión es una tobera eyectora.
  12. 12. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la entrada de agua al tanque de fase secundaria está provista de un air break.
  13. 13. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la entrada de fluidos a cualquiera de los tanques o a todos comprende un par de boquillas que están dispuestas de forma tangencial en el tanque o tanques.
  14. 14. Método de producción de una suspensión acuosa que contiene bacterias, comprendiendo el método:
    suministrar una fuente de bacterias a un tanque de fase primaria;
    suministrar un medio de cultivo líquido al tanque de fase primaria;
    dejar las bacterias en el tanque de fase primaria durante un periodo de tiempo a una temperatura controlada;
    transferir el líquido que contiene bacterias a un tanque de fase secundaria;
    supervisar y controlar los parámetros del proceso en el tanque de fase secundaria para optimizar el crecimiento bacteriano; y
    evacuar el producto del tanque de fase secundaria,
    caracterizado por la recirculación del líquido que contiene bacterias al tanque de fase secundaria.
  15. 15. Método según la reivindicación 14, que comprende además la etapa de airear el líquido en el tanque de fase secundaria o durante la recirculación al tanque de fase secundaria.
ES15727041T 2014-06-17 2015-05-21 Sistema de fermentación microbiana para cultivar y evacuar un material biológico Active ES2878175T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1410806.2A GB2527317B (en) 2014-06-17 2014-06-17 Microbial fermentation system for growing and discharging a biological material
PCT/GB2015/051506 WO2015193635A1 (en) 2014-06-17 2015-05-21 Microbial fermentation system for growing and discharging a biological material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2878175T3 true ES2878175T3 (es) 2021-11-18

Family

ID=51266743

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES15727041T Active ES2878175T3 (es) 2014-06-17 2015-05-21 Sistema de fermentación microbiana para cultivar y evacuar un material biológico

Country Status (10)

Country Link
EP (1) EP3158051B1 (es)
JP (1) JP2017518063A (es)
DK (1) DK3158051T3 (es)
ES (1) ES2878175T3 (es)
GB (1) GB2527317B (es)
HU (1) HUE055442T2 (es)
PL (1) PL3158051T3 (es)
PT (1) PT3158051T (es)
SI (1) SI3158051T1 (es)
WO (1) WO2015193635A1 (es)

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2603668C2 (de) * 1974-07-31 1985-11-07 Hüls AG, 4370 Marl Vorrichtung zur aeroben Fermentation
US3984286A (en) * 1975-03-06 1976-10-05 Phillips Petroleum Company Apparatus and method for conducting fermentation
DE2607963A1 (de) * 1976-02-27 1977-09-01 Metallgesellschaft Ag Verfahren und vorrichtung zum begasen von fluessigkeiten
FR2466502A2 (fr) * 1979-10-04 1981-04-10 Wilkie Bernard Installation de desodorisation et de mise en valeur de dechets organiques par fermentation
DE3139672A1 (de) * 1981-10-06 1983-04-28 Menzel Gmbh & Co, 7000 Stuttgart Verfahren zur biochemischen stoffumsetzung und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
WO1991019682A1 (en) * 1990-06-21 1991-12-26 Biodynamic Systems, Inc. Improved method and apparatus for processing biodegradable organic material
KR100329019B1 (ko) * 1999-04-13 2002-03-18 윤덕용 유기산의 고효율 생산방법
DE10116144A1 (de) * 2001-03-30 2002-10-17 Friedrich Karl Heinz Verfahren zum Vergären von Biomasse
US7081361B2 (en) * 2003-08-07 2006-07-25 Nch Corporation Biomass generator
CA2439645C (en) * 2003-09-04 2014-03-18 Hygiene-Technik Inc. Automated biological growth and dispensing system
US20120270275A1 (en) * 2004-07-29 2012-10-25 Marcus Brian Mayhall Fenton Systems and methods for treating biomass and calculating ethanol yield
US20100129888A1 (en) * 2004-07-29 2010-05-27 Jens Havn Thorup Liquefaction of starch-based biomass
WO2007083456A1 (ja) * 2006-01-20 2007-07-26 Kurita Water Industries Ltd. 有機性廃液の嫌気性消化処理方法及び装置
WO2011064762A1 (en) * 2009-11-30 2011-06-03 University Of The Free State Production of a fermented foodstuff
WO2011135588A2 (en) * 2010-04-29 2011-11-03 Shree Renuka Sugars Limited A continuous process for the preparation of alcohol
WO2013180863A1 (en) * 2012-06-01 2013-12-05 Pursuit Dynamics Plc Systems and methods for treating biomass and calculating ethanol yield
CN103060199B (zh) * 2013-01-29 2014-02-12 河南天冠企业集团有限公司 异养小球藻的半连续发酵方法

Also Published As

Publication number Publication date
PT3158051T (pt) 2021-06-28
EP3158051A1 (en) 2017-04-26
JP2017518063A (ja) 2017-07-06
HUE055442T2 (hu) 2021-11-29
GB2527317B (en) 2020-12-02
GB2527317A (en) 2015-12-23
WO2015193635A1 (en) 2015-12-23
DK3158051T3 (da) 2021-07-12
PL3158051T3 (pl) 2021-09-13
GB201410806D0 (en) 2014-07-30
EP3158051B1 (en) 2021-04-07
SI3158051T1 (sl) 2021-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10533148B2 (en) Membrane photobioreactor for treating nitrogen and phosphorus that are out of limits in biogas slurry and treating method thereof
JP2014516550A (ja) V形トラフ光バイオリアクターシステムおよび使用方法
KR101409035B1 (ko) 인공 광원 및 플루 가스를 이용한 미세조류 배양조 및 이를 이용한 하폐수 처리공정 시스템
KR100698549B1 (ko) 오·폐수처리용 미생물 배양기
CN104250058B (zh) 禽粪发酵液生产水溶肥的废水综合处理方法
JP2019141056A (ja) 大規模混合栄養生産システム
CN105621789A (zh) 一种基于微藻培养的沼液处理装置及方法
CN105152359B (zh) 一种培养并存储污水处理活性菌群的设备及方法
ES2878175T3 (es) Sistema de fermentación microbiana para cultivar y evacuar un material biológico
CN206014521U (zh) 一种废水处理微生物培养驯化设备
KR101402124B1 (ko) 가정용 유효 미생물 발효장치
KR101240506B1 (ko) 유용미생물의 배양 및 발효 촉진액 조성물
KR100930330B1 (ko) 오·폐수처리용 미생물 배양기
KR20180010296A (ko) 고부유물질 함유 가축액상분뇨 적합한 미세조류배양 시스템, 배양 방법 및 이를 이용한 조류비료
CN203034019U (zh) 微藻养殖系统中通过pH值反馈控制CO2补充的通气装置
RU2585666C1 (ru) Аппарат для культивирования метанокисляющих микроорганизмов
CN213475535U (zh) 可以原位处理养鳗污水的水质净化装置及设有该装置的鳗鱼养殖系统
ES2436301T3 (es) Proceso y planta para purificar aguas contaminadas
CN107593574B (zh) 一种用于池塘养殖的益生菌生产和施放装置
KR101574062B1 (ko) pH 조절과 생산성 향상을 위한 에너지 절감형 이산화탄소 공급시스템을 이용한 미세조류 배양 시스템
CN207079124U (zh) 一种高浓度有机废水处理系统
CN213388259U (zh) 一种小型标准化水产养殖尾水净化装置
RU76909U1 (ru) Установка очистки производственных концентрированных сточных вод
KR20150003685U (ko) 미생물 배양 공급장치
CN100467103C (zh) 分布式弥散雾化增氧水质调节装置