ES2900732T3 - Sistema para metabolizar materias orgánicas y procedimiento para metabolizar materias orgánicas - Google Patents

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Abstract

Sistema (1) para metabolizar materias orgánicas (15), con al menos una carcasa (3) con un espacio alargado (5), teniendo la carcasa (13) en una zona terminal superior (9) al menos una abertura (11) de entrada para la entrada de líquidos (13) con materias orgánicas (15) y en una zona terminal inferior (17) al menos una apertura (19) de salida para líquidos, estando la abertura (11) de entrada y la abertura (19) de salida comunicadas con el espacio alargado (5), y extendiéndose el espacio alargado (5) desde la zona terminal superior (9) hasta la zona terminal inferior (17) de la carcasa (3), con al menos una abertura (29) para plantas dispuesta en la carcasa (3) entre la abertura (11) de entrada y la abertura (19) de salida, estando la abertura (29) para plantas comunicada con el espacio alargado (5), y con un depósito (21) para líquido, estando la al menos una abertura (11) de entrada comunicada con el depósito (21) para líquido y pudiendo estar dispuesto el líquido (13) con materias orgánicas (15) en el depósito (21) para líquido, caracterizado por que en la al menos una abertura para plantas está albergado un elemento (31) de soporte para plantas (27), que está constituido por lana mineral, lana de vidrio o un material fibroso a base de polímero, por que en el espacio alargado (5) está dispuesto material poroso (7) de relleno, siendo mineral el material poroso de relleno y teniendo una porosidad entre 35% y 70%, y por que la carcasa (3) está dispuesta con la zona terminal inferior (17) en el depósito (21) para líquido, desembocando la abertura (19) de salida en el depósito (21) para líquido.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema para metabolizar materias orgánicas y procedimiento para metabolizar materias orgánicas
La presente invención se refiere a un sistema y un procedimiento para metabolizar materias orgánicas.
Las materias orgánicas se encuentran frecuentemente en forma de desechos, por ejemplo desechos de cocina o incluso orina, que la mayoría de las veces son incorporados al circuito normal de basuras o de aguas residuales y eliminados sin aprovechar.
Es frecuente verter los desechos orgánicos a la basura indiferenciada, haciendo que la basura húmeda así generada represente un problema para las empresas de gestión de residuos, ya que cuando se incinera la basura es preciso, para mantener el proceso de combustión, añadir basura mixta de alta calidad.
En las zonas rurales, frecuentemente se aprovechan los desechos de cocina dentro de un proceso de compostaje. Sin embargo, en las grandes ciudades no existe tal posibilidad o no es conveniente a causa de los olores desagradables.
En la implementación de sistemas de soporte vital biorregenerativos, también constituye un objetivo reutilizar de manera significativa las materias de desecho orgánicas.
A partir de los documentos WO 2010/108226 A1 y WO 96/25366 A1 son conocidos sistemas para el tratamiento de aguas residuales o la purificación de aguas residuales, que describen las características del preámbulo de la reivindicación 1. Es conocido otro sistema a partir de https://brainright.com/2020/10/10/aquaponics/.
La misión de la presente invención es, por lo tanto, crear un procedimiento y un sistema con los cuales sea posible la reutilización de desechos orgánicos en grandes ciudades o en sistemas de soporte vital biorregenerativos.
Las características de las reivindicaciones 1 y 7 sirven para lograr la misión.
Según la invención, un sistema para metabolizar materias orgánicas está dotado de al menos una carcasa en un espacio alargado, teniendo la carcasa en una zona terminal superior al menos una abertura de entrada para la entrada de líquidos con materias orgánicas y en una zona terminal inferior al menos una abertura de salida para líquidos, estando la abertura de entrada y la abertura de salida comunicadas con el espacio alargado, y extendiéndose el espacio alargado desde la zona terminal superior hasta la zona terminal inferior de la carcasa. Entre la al menos una abertura de entrada y la al menos una abertura de salida está dispuesta en la carcasa al menos una abertura para plantas, destinada a albergar un elemento de soporte para plantas, estando la abertura para plantas comunicada con el espacio alargado. En el espacio alargado está dispuesto un material de relleno poroso. El material de relleno poroso es mineral.
Con el sistema según la invención es posible de manera especialmente ventajosa un aprovechamiento significativo de materias de desecho orgánicas, al introducir las materias de desecho orgánicas, con el líquido, en el espacio alargado de la carcasa del sistema según la invención. En el espacio alargado está dispuesto un material de relleno poroso que, debido a su porosidad, presenta una gran superficie. En esta superficie se asientan microorganismos que realizan la transformación de las materias orgánicas. Gracias a esta gran superficie puede llegar oxígeno, por ejemplo del aire, en cantidad suficiente a los microorganismos, de manera que tiene lugar una degradación esencialmente aerobia de las materias orgánicas. De este modo, durante la transformación de las materias orgánicas no se generan olores desagradables perceptibles. En los poros del material de relleno pueden surgir zonas de microclima en donde tiene lugar una degradación anaerobia de las sustancias que no son degradables por degradación aerobia. Dado que esta degradación anaerobia tiene lugar en zonas de microclima, se originan solamente pequeñas cantidades de gases percibidos como olor desagradable, que en conjunto son imperceptibles en el ambiente y además pueden ser retenidas por el líquido.
Durante la degradación o la transformación de las materias orgánicas, como consecuencia de la nitrificación efectuada por microorganismos se originan nitratos que pueden servir como fuente de nutrientes para plantas que estén albergadas en las aberturas para plantas de la carcasa, por ejemplo sobre elementos de soporte. Los nitratos son transportados por el líquido hacia las plantas, por ejemplo.
El sistema según la invención permite así el aprovechamiento de materias orgánicas, por ejemplo materias de desecho, transformando mediante el sistema según la invención las materias orgánicas en nitratos, que sirven como nutriente para plantas. Al transformar las materias orgánicas sin producir olores desagradables perceptibles, el sistema según la invención puede ser utilizado también ventajosamente en las grandes ciudades, por ejemplo en espacios habitables.
Por el hecho de prever material mineral poroso de relleno, puede producirse una amortiguación y regulación del valor de pH del sistema.
Así, al tener la carcasa un espacio alargado, en el cual se introduce el líquido con materias orgánicas en la zona terminal superior de la carcasa y se descarga en la zona terminal inferior de la carcasa, el líquido con materias orgánicas recorre una gran distancia a través del material poroso de relleno, con lo que puede producirse de manera eficaz la degradación de la materia orgánica. No es estrictamente necesario que el espacio alargado se extienda de manera vertical o que esté conformado como un espacio alargado recto. Evidentemente, también se puede diseñar el espacio alargado con otras formas, siempre que se garantice que el líquido con materias orgánicas pueda fluir a través del material de relleno poroso dispuesto en el espacio alargado.
La invención prevé además disponer la carcasa con su zona terminal inferior en un depósito para líquido, desembocando la abertura de salida en el depósito para líquido. La al menos una abertura de entrada está comunicada con el depósito para líquido, pudiendo disponerse en el depósito para líquido el líquido con materias orgánicas.
Ventajosamente, por el hecho de disponer la carcasa con su zona terminal inferior en un depósito para líquido, se recoge el líquido que sale de la carcasa por la abertura de salida. Al disponerse en el depósito para líquido el líquido con materias orgánicas, dado que la abertura de entrada está en comunicación con el depósito para líquido, se crea un circuito al enviar el líquido desde el depósito para líquido hacia la abertura de entrada, con lo cual el líquido fluye de regreso al depósito para líquido después de haber recorrido la carcasa. Para generar el líquido con materias orgánicas, se aportan al depósito para líquido materias orgánicas o un líquido que contiene materias orgánicas. Las materias orgánicas pueden ser aportadas en forma sólida, como suspensión o en forma líquida.
El depósito para líquido puede servir así como depósito de almacenamiento para el líquido con materias orgánicas y, por ello, como regulador del sistema. Además, en el depósito para líquido pueden vivir organismos acuáticos, por ejemplo animales vertebrados e invertebrados, y/o plantas tales como como algas.
Se prevé preferiblemente que el material poroso de relleno sea roca volcánica y/o un mineral arcilloso, siendo el material de relleno preferiblemente un género a granel. Han demostrado ser particularmente ventajosos en el sistema según la invención la roca volcánica y/o un mineral arcilloso, tal como arena para gatos mineralizada. La roca volcánica y la mayoría de los minerales arcillosos son asequibles a un coste bajo y además presentan una gran superficie, lo que permite de una manera particularmente ventajosa que se asienten los microorganismos. Al prever material de relleno en forma de género a granel se puede proporcionar una superficie particularmente grande y también es posible en el sistema según la invención reemplazar ventajosamente el material de relleno.
Se prevé además, según la invención, que el material poroso de relleno tenga una porosidad entre 35% y 70%. Se entiende por porosidad la relación entre el volumen de espacios huecos y el volumen total.
En la al menos una abertura para plantas está albergado un elemento de soporte para plantas. El elemento de soporte está constituido, según la invención, por lana mineral o lana de vidrio o un material fibroso a base de polímero. Tales elementos de soporte han demostrado ser particularmente ventajosos para las plantas, ya que las raíces de las plantas pueden atravesar ventajosamente dichos elementos de soporte y extenderse en el espacio alargado para absorber el nitrato allí formado por los microorganismos.
El elemento de soporte para plantas puede ser abiótico.
Se pueden utilizar como plantas, por ejemplo, plantas de fruto o verduras tales como pimientos, tomates o hierbas culinarias, por ejemplo. De esta manera, el sistema según la invención permite tanto el suministro de frutas y verduras como la producción de proteínas animales en forma de pescado, lo cual resulta particularmente ventajoso cuando se utiliza el sistema según la invención en un sistema de soporte vital biorregenerativo.
Además, los organismos acuáticos que viven en el depósito para líquido pueden favorecer la degradación o la transformación de las materias orgánicas, por ejemplo al ingerir los peces las materias orgánicas añadidas al depósito para líquido, y ser descompuestos a lo largo del sistema los excrementos de los peces. Además, también se puede utilizar el sistema según la invención para purificar el aire, al ser absorbido CO2 en las superficies del material poroso de relleno y formarse ácido carbónico. Este ácido carbónico puede ser degradado, por ejemplo, por las algas que viven en el depósito para líquido.
Por ejemplo, el sistema según la invención puede estar conformado como sistema abierto, de modo que mediante la purificación del aire descrita más arriba y la disposición de plantas se produzca oxígeno para el entorno.
En un ejemplo de realización de la invención se prevé que una conducción para líquido y una bomba comuniquen al menos una abertura de entrada con el depósito para líquido, estando la bomba conformada preferiblemente como bomba sumergible. Una construcción de este tipo según la invención permite de una manera sencilla llevar el líquido con materias orgánicas a la abertura de entrada. Al ser aportadas las materias orgánicas al depósito para líquido y permanecer allí durante un prolongado período de tiempo, las materias orgánicas en forma sólida junto con el líquido forman una suspensión que puede ser enviada fácilmente a la abertura de entrada por medio de la bomba.
En un ejemplo de realización especialmente preferido de la invención está previsto que en la zona inferior de la carcasa esté dispuesta una conducción para gas, mediante la cual se puede introducir una corriente de aire en el espacio alargado. Al introducir adicionalmente aire en el espacio alargado, se posibilita de una manera particularmente eficaz la transformación o degradación de las materias orgánicas.
La invención prevé también un procedimiento para metabolizar materias orgánicas, que se puede emplear en particular en espacios habitables o en sistemas de soporte vital biorregenerativos. El procedimiento consta de los siguientes pasos:
- generación de un líquido con materias orgánicas,
- introducción del líquido con materias orgánicas en una zona superior de un espacio alargado que está lleno de material poroso de relleno,
- donde tras su introducción el líquido con materias orgánicas fluye a través del material poroso de relleno y donde microorganismos transforman al menos parcialmente las materias orgánicas en nitratos,
- absorción de los nitratos por plantas dispuestas en elementos de soporte, estando los elementos de soporte en comunicación con el espacio alargado.
El procedimiento según la invención se lleva a cabo con el sistema según la invención descrito más arriba. El procedimiento según la invención tiene las mismas ventajas que se han descrito más arriba en relación con el sistema según la invención.
El procedimiento según la invención prevé que el líquido sea devuelto al líquido con materias orgánicas después de fluir a través del material poroso de relleno. Se crea así un circuito de líquido.
El líquido con materias orgánicas puede ser agua con materia orgánica añadida. Al estar prevista agua como líquido, las plantas dispuestas en los elementos de soporte reciben el agua necesaria para crecer. Al mismo tiempo, por medio del líquido en forma de agua, las plantas reciben junto con el agua los nitratos formados en la transformación de las materias orgánicas.
El líquido con materias orgánicas es generado en un depósito para líquido, al aportar material orgánico en forma sólida o líquida. En el depósito para líquido pueden vivir organismos acuáticos, preferiblemente plantas y/o peces. Para prever organismos acuáticos en el depósito para líquido resulta particularmente ventajoso que el líquido sea agua.
Puede estar previsto irradiar con luz roja el depósito para líquido. De esta forma, se mejora o se acelera el crecimiento de algas en el depósito para líquido.
Se puede generar en el material poroso de relleno una corriente de aire que discurra en dirección contraria al flujo del líquido con materias orgánicas.
En lo que sigue se explicarán con mayor detalle el sistema y el procedimiento según la invención, haciendo referencia a la figura única.
La figura única muestra una vista esquemática de un sistema 1 según la invención para metabolizar materias orgánicas.
El sistema 1 mostrado en la figura única presenta dos carcasas 3 que están conformadas como columnas huecas. Las carcasas 3 tienen en su interior un espacio alargado 5. En el espacio alargado 5 está dispuesto un material poroso 7 de relleno. El material poroso 7 de relleno puede ser, por ejemplo, una roca volcánica presente como género a granel. En la zona terminal superior 9, cada carcasa tiene una abertura de entrada para la entrada de líquidos 13 con materias orgánicas 15. En una zona terminal inferior 17, cada carcasa 3 tiene dos aberturas 19 de salida de las que pueden salir líquidos. De este modo, la abertura 11 de entrada y las aberturas 19 de salida están comunicadas cada una con el espacio alargado 5 de la carcasa 3.
En el marco de la invención, "estar comunicado" significa que existe una comunicación fluídica o una comunicación espacial.
Las carcasas 3 están dispuestas verticalmente y se alzan con su zona terminal inferior en un depósito 21 para líquido en el que está contenido el líquido 13 con materias orgánicas 15. Las aberturas 19 de salida de las carcasas 3 desembocan en el depósito 21 para líquido.
En el depósito 21 para líquido se genera el líquido 13 con materias orgánicas 15 al aportar materias orgánicas 15 al líquido 13 desde el exterior, tal como se representa en la figura con una flecha. Las materias orgánicas pueden estar, por ejemplo, en forma líquida o sólida y pueden ser, por ejemplo, desechos de cocina u orina. En el recipiente 21 para líquido se origina un líquido 13 con materias orgánicas, pudiendo las materias orgánicas estar suspendidas en el líquido. Mediante una bomba 23, que puede estar conformada como bomba sumergible, por ejemplo, y una conducción 25 para líquido se bombea el líquido 13 con materias orgánicas 15 hacia la abertura 11 de entrada, y así es enviado al espacio alargado 5 de la carcasa 3. El líquido 13 con materias orgánicas fluye a través del material poroso 7 de relleno. Por su porosidad, el material 17 de relleno tiene una gran superficie sobre la que se pueden asentar microorganismos. Los microorganismos degradan o transforman las materias orgánicas. Esto se realiza como proceso aerobio, con lo que no se originan olores desagradables. Aquellas materias contenidas en las materias orgánicas 15 que no son degradables aeróbicamente pueden ser degradadas anaeróbicamente en microzonas que se forman en el interior de los poros del material 7 de relleno. En estas microzonas anaerobias solamente se originan pequeñas cantidades de gases que producen olores desagradables, de modo que no predominan olores desagradables perceptibles en las proximidades del sistema 1 según la invención.
Durante la degradación o la transformación de las materias orgánicas se originan nitratos, que pueden servir como nutrientes para las plantas 27. Para ello, la carcasa 3 del sistema 1 según la invención presenta varias aberturas 29 para plantas entre la abertura 11 de entrada y la abertura 19 de salida, en las que están dispuestos elementos 31 de soporte para las plantas 27. Las aberturas 29 para plantas están comunicadas con el espacio alargado 5. Por ejemplo, los elementos 31 de soporte pueden estar constituidos por lana mineral o lana de vidrio y ser abióticos. Tales elementos 31 de soporte han demostrado ser particularmente ventajosos, ya que las plantas 27 encuentran con sus raíces un buen agarre en este elemento 31 de soporte, pudiendo crecer las raíces a través de los elementos de soporte hacia el espacio alargado. El líquido 13, que preferiblemente es agua, suministra a las plantas 27 tanto el líquido necesario como los nitratos que han sido previamente generados por los microorganismos y son transportados por el líquido 13 a las plantas 27. El sistema de circulación mostrado en la figura resulta especialmente ventajoso, ya que el nitrato generado por los microorganismos en la zona inferior de la carcasa 3, por ejemplo en la zona terminal inferior 17, puede ser alimentado también a las plantas 27 dispuestas más arriba por medio del líquido 13, siendo enviado el nitrato, junto con el líquido 13 y el material orgánico 15, hacia la abertura 11 de entrada por medio de la bomba 23 y la conducción 25.
En la zona terminal inferior 17 de la carcasa 3 puede estar dispuesta una conducción 33 para gas, que aporta aire al espacio alargado 5, de modo que se crea una corriente de aire en el espacio alargado 5. Gracias a la disposición vertical de la carcasa 3, la corriente de aire asciende por el espacio alargado 5 y forma una contracorriente con respecto al líquido 13 con materias orgánicas 15 que fluye a través del material poroso 7 de relleno. De esta manera se posibilita una degradación particularmente eficaz de las materias orgánicas 15, mejorándose en particular con la introducción de aire la degradación aerobia deseada.
En el depósito 21 para líquido pueden vivir organismos acuáticos 35, tales como plantas, algas y/o peces, por ejemplo. Estos pueden contribuir a las funciones del sistema según la invención, por ejemplo cuando los peces ingieren parte de las materias orgánicas 15 y las eliminan como excrementos, que pueden ser degradados por medio del sistema 1 según la invención.
El sistema 1 según la invención está conformado como sistema abierto. Con el sistema según la invención también se puede mejorar la calidad del aire del entorno, ya que las plantas 27 generan oxígeno. Al mismo tiempo, se puede absorber dióxido de carbono en las superficies del material poroso 7 de relleno y producirse ácido carbónico, que es degradado por las algas, con lo que se genera más oxígeno.
Las plantas 27 pueden ser plantas de fruto o verduras, tales como pimientos, tomates o hierbas culinarias, por ejemplo.
Los peces que viven como organismos acuáticos 35 en el depósito 21 para líquido pueden ser peces comestibles. De esta forma, con el sistema según la invención es posible obtener frutas y verduras, así como proteínas animales en forma de pescado, de modo que las materias orgánicas aportadas pueden ser aprovechadas de manera significativa.
Por ejemplo, para fomentar el crecimiento de las algas en el depósito 21 para líquido, se puede iluminar con luz roja el depósito 21 para líquido.
El depósito 21 para líquido sirve también para regular el sistema, a fin de que estén presentes en el sistema suficientes materias orgánicas 15.
El sistema 1 según la invención puede utilizarse como unidad relativamente compacta en espacios habitables. Evidentemente, también es posible utilizar el sistema según la invención para crear sistemas a gran escala que se utilicen, por ejemplo, en sistemas de soporte vital biorregenerativos.
Gracias al aprovechamiento de materias orgánicas, por ejemplo residuos de cocina, el sistema 1 según la invención y el procedimiento según la invención descrito en lo que antecede pueden contribuir a reducir los residuos generados en las grandes ciudades. Es asimismo posible aprovechar tales materias orgánicas, con lo que el sistema 1 según la invención también puede ser utilizado ventajosamente en sistemas de soporte vital biorregenerativos.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Sistema (1) para metabolizar materias orgánicas (15),
con al menos una carcasa (3) con un espacio alargado (5),
teniendo la carcasa (13) en una zona terminal superior (9) al menos una abertura (11) de entrada para la entrada de líquidos (13) con materias orgánicas (15) y en una zona terminal inferior (17) al menos una apertura (19) de salida para líquidos,
estando la abertura (11) de entrada y la abertura (19) de salida comunicadas con el espacio alargado (5), y extendiéndose el espacio alargado (5) desde la zona terminal superior (9) hasta la zona terminal inferior (17) de la carcasa (3),
con al menos una abertura (29) para plantas dispuesta en la carcasa (3) entre la abertura (11) de entrada y la abertura (19) de salida, estando la abertura (29) para plantas comunicada con el espacio alargado (5), y con un depósito (21) para líquido, estando la al menos una abertura (11) de entrada comunicada con el depósito (21) para líquido y pudiendo estar dispuesto el líquido (13) con materias orgánicas (15) en el depósito (21) para líquido, caracterizado por que
en la al menos una abertura para plantas está albergado un elemento (31) de soporte para plantas (27), que está constituido por lana mineral, lana de vidrio o un material fibroso a base de polímero,
por que en el espacio alargado (5) está dispuesto material poroso (7) de relleno, siendo mineral el material poroso de relleno y teniendo una porosidad entre 35% y 70%, y
por que la carcasa (3) está dispuesta con la zona terminal inferior (17) en el depósito (21) para líquido, desembocando la abertura (19) de salida en el depósito (21) para líquido.
2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por que el material poroso (7) de relleno es roca volcánica y/o un mineral arcilloso, siendo el material (7) de relleno preferentemente un género a granel.
3. Sistema según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que están previstas varias aberturas (29) para plantas y en cada abertura (29) para plantas está albergado un elemento (31) de soporte para plantas (27), siendo preferiblemente abiótico el elemento (31) de soporte para plantas.
4. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que una conducción (25) para líquido y una bomba (23) comunican la al menos una abertura (11) de entrada y el depósito (21) para líquido, estando la bomba (23) conformada preferiblemente como bomba sumergible.
5. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que en la zona terminal inferior (17) de la carcasa (3) está dispuesta una conducción (33) para aire mediante la cual se puede introducir una corriente de aire en el espacio alargado (5).
6. Sistema según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el sistema (1) para metabolizar materias orgánicas (15) está conformado como sistema abierto.
7. Procedimiento para metabolizar materias orgánicas (15) con un sistema según una de las reivindicaciones 1 a 6, con los siguientes pasos:
- generación de un líquido (13) con materias orgánicas (15),
- introducción del líquido (13) con materias orgánicas (15) en una zona superior del espacio alargado (5) que está llena de material poroso (7) de relleno,
- donde tras su introducción el líquido (13) con materias orgánicas (15) fluye a través del material poroso (7) de relleno y donde microorganismos transforman al menos parcialmente las materias orgánicas (15) en nitratos, - absorción de los nitratos por plantas (27) dispuestas en elementos (31) de soporte, estando los elementos (31) de soporte comunicados con el espacio alargado (5),
caracterizado por que el líquido (13) es generado con materias orgánicas (15) en el depósito (21) para líquido, agregándose material orgánico (15) como sólido o como líquido, aportándose de nuevo materias orgánicas (15) al líquido (13) después de haber fluido a través del material poroso (7) de relleno.
8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado por que el líquido (13) con materias orgánicas (15) es agua con materias orgánicas (15) añadidas.
9. Procedimiento según la reivindicación 7 u 8, caracterizado por que en el depósito (21) para líquido viven organismos acuáticos (35), preferiblemente algas y/o peces, siendo preferiblemente irradiado con luz roja el depósito (21) para líquido.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado por que se genera en el material poroso (7) de relleno una corriente de aire que discurre en dirección contraria al flujo del líquido (13) con materias orgánicas (15).
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