WO2020117035A1 - Dispositivo mejorado para remoción de compuestos orgánicos volátiles - Google Patents

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Abstract

La presente invención se refiere a un dispositivo para remoción de compuestos orgánicos volátiles que comprende al menos un primer conector (100) dispuesto sobre una salida de una corriente de gas a tratar, el cual en su parte superior dispone de una extensión de conexión (200) por el cual se conecta a un biorreactor (300) que contiene una solución nutritiva donde crecen organismos degradadores de compuestos orgánicos volátiles, el cual se ubica en la parte media del dispositivo, mientras que en la parte superior se cuenta con un arreglo de dispersión (400) que en su parte superior está acoplado a una salida (500) por donde sale al ambiente la corriente gaseosa tratada; y una red de distribución (600) de la solución nutritiva que tiene organismos degradadores de compuestos orgánicos volátiles, en donde la extensión de conexión (200) dispone primeramente de un cono distribuidor (201) que se encuentra dispuesto en forma invertida y vaciado por su parte interna, teniendo una extensión cilíndrica (202) en su parte superior; dicho cono distribuidor (201) que permite que el fluido sea desplazado por una ruta externa en las paredes internas del cono distribuidor (201), que en la porción de la extensión cilíndrica (202) se conecta con un segundo cilindro perforado (203) que dispone de una pluralidad de barrenados pasados en toda su periferia y en donde su eje axial es coincidente con el eje axial del cono distribuidor (201), las perforaciones en este segundo cilindro perforado (203) están dispuestas para que el gas de salida pueda ingresar al biorreactor (300) por su parte inferior.

Description

DISPOSITIVO MEJORADO PARA REMOCIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS
VOLÁTILES
CAMPO TÉCNICO
La presente invención pertenece al campo de las técnicas industriales diversas. Particularmente pertenece al campo de los aparatos y procesos empleados para la separación, captación y/o eliminación de partículas en el aire, gases o vapores, aún más específicamente se refiere a un dispositivo para remoción de compuestos orgánicos volátiles.
ANTECEDENTES
La contaminación del aire es un problema ambiental que se ha acentuado en los últimos arios, principalmente en las grandes ciudades. Se sabe que la emisión y dispersión de los contaminantes en la atmósfera, son producto de las actividades antrópicas, en donde contribuye enormemente la topografía, así como las condiciones climáticas. Ante este problema, muchos países han ¡mplementado acciones para disminuir la producción de contaminantes atmosféricos como, por ejemplo, el Protocolo de Kyoto un acuerdo firmado por los principales países industrializados y en vías de desarrollo, el 11 de diciembre de 1997, en el que se promueve el desarrollo sostenible. Los países firmantes, están obligados a cumplir los compromisos cuantificados de limitación y reducción de las emisiones, aplicando y elaborando políticas y medidas de conformidad con sus circunstancias nacionales. Los países firmantes se comprometen a reducir sus emisiones de GHG un 5% respecto a sus emisiones en el ario base (1990), durante el periodo de 2005 a 2012. Dentro de las medidas implementadas, se encuentra el control de la contaminación en vehículos, misma que ha resultado exitosas en la reducción de tres contaminantes que forman parte del grupo de contaminantes definidos por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos de Norteamérica (USEPA) como contaminantes criterio: Plomo (Pb), monóxido de carbono (CO) y bióxido de azufre (SO2). Sin embargo, los límites permisibles de las normas de calidad del aire para otros contaminantes son rebasados aún con frecuencia. Dentro de la contaminación del medio ambiente, la producida por los compuestos orgánicos volátiles (COV) es una de las principales. En general, el término COV se refiere a aquellos compuestos orgánicos volátiles que producen un efecto negativo sobre el medio ambiente, incluso en concentraciones de pocas ppm. El termino COV engloba todos los compuestos orgánicos volátiles capaces de producir oxidantes fotoquímicos mediante reacciones provocadas por la luz solar en presencia de óxidos de nitrógeno. Dentro del término compuestos orgánicos volátiles se incluyen una amplia variedad de compuestos orgánicos como, por ejemplo: hidrocarburos aromáticos, alifáticos y halogenados, aldehidos y cetonas, alcoholes, glicoles, éteres, fenoles y otros; los que constituyen la mayoría de los compuestos peligrosos en el aire.
Se han desarrollado diversos métodos para la eliminación de los compuestos orgánicos volátiles (COVs), debido al aumento continuo de emisiones, en relación con restricciones legislativas cada vez mayores principalmente en los países industrializados. Para tal caso, se conoce por ejemplo la solicitud internacional WO 2018005052 (A1), que describe una composición de catalizador, dispositivos de catalizador y métodos para eliminar formaldehído, compuestos orgánicos volátiles y otros contaminantes de una corriente de flujo de aire. La composición de catalizador incluye óxido de manganeso, opcionalmente uno o más de metales alcalinos, metales alcalinotérreos, zinc, hierro, aglutinante, un óxido inorgánico o carbono. Otro documento, es la solicitud china CN 107158909 (A) que provee La aplicación proporciona un dispositivo de eliminación y un método de eliminación de compuestos orgánicos volátiles en gases residuales industriales, donde el método de eliminación incluye principalmente cinco pasos: pretratamiento de gas residual, adsorción por tamiz molecular de alto silicio, oxidación por ozono, descarga de líquido residual, y descarga de gas purificado.
La patente coreana KR 101468634 (B1) se refiere a un sistema de eliminación de compuestos orgánicos volátiles y malos olores utilizando un precipitador electrostático que tiene una función generadora de ozono mejorada y un catalizador oxidante adsorbente de baja temperatura. El sistema de eliminación de compuestos orgánicos volátiles y malos olores comprende un tanque de pretratamiento que incluye una parte de precipitación electrostática para pre-tratar partículas finas como alquitrán, niebla, polvo, etc.; y un tanque de catalizador que incluye un catalizador adsorbente de baja temperatura para descomponer el ozono residual en el gas de escape que ha atravesado el tanque de pretratamiento, y adsorber, desorber y oxidar los compuestos orgánicos volátiles y los malos olores.
Por su parte, la solicitud estadounidense US 2012263635 (A1), menciona un aparato para eliminar uno o más compuestos orgánicos volátiles de una corriente de gas. El aparato incluye: un primer conducto que contiene medios térmicos que forman una zona de precalentamiento, en el que la zona de precalentamiento aumenta la temperatura de la corriente de gas mediante transferencia de calor; y, una cámara de combustión que forma una zona de combustión en la que la cámara de combustión está en conexión fluida con el primer conducto.
De lo anterior, se puede resumir que las tecnologías para remoción de los COV han centrado su interés en proveer mejoras a reactores de oxidación térmicos y catalíticos, condensadores, absorbedores y adsorbedores, separación por membranas, entre otras. Actualmente, la tendencia global enfoca sus esfuerzos en el empleo de tecnologías amigables con el ambiente como, por ejemplo, el uso de microorganismos para la remoción de COV. Tal es el caso de la solicitud coreana KR 101353678 (B1) que se refiere a un biofiltro para eliminar las causas de olor y compuestos orgánicos volátiles, y un aparato de tratamiento de olores que comprende el mismo. El biofiltro puede proporcionar la fuente de nutrientes y las circunstancias de vida de manera efectiva para el crecimiento de los microorganismos mediante el uso de tubos porosos que pueden suministrar al menos uno entre la fuente de carbono y la fuente de oxígeno. Además, al usar una jaula llena con un transportador de espuma de poliuretano, la cantidad de fijación del microorganismo aumenta, y se evita el fenómeno de presión del transportador, lo que mejora la durabilidad y la capacidad de eliminación del olor. Otra solicitud que emplea microorganismos para remoción de COV es la solicitud de modelo de utilidad china CN 206372690 (U), que se refiere a un dispositivo de tratamiento que contiene compuestos orgánicos volátiles, incluye: equipo de filtro, cisterna de circulación en el equipo de filtro, entrada de gas residual, bomba de circulación en la pared interna de entrada de gas residual boquilla de agua, bomba de circulación, tubería y cámara de filtro pasan a la salida de gas de la cisterna de circulación, la parte media de la cámara del filtro está equipada con el medio del material del filtro, el extremo superior de la cámara del filtro está equipado con el ventilador de succión, dispositivo de lavado, equipado con cámara de lavado en el dispositivo de lavado. El modelo de utilidad revela que un microorganismo degrada al gas residual que contiene compuestos orgánicos volátiles, lo maneja a través del microorganismo del equipo de filtración y el dispositivo de lavado dos partes, hace que el tratamiento de gases de escape sea completo.
El estado de la técnica es amplio en este campo, por citar algunas otras solicitudes que emplean microorganismo para la remoción de compuestos orgánicos volátiles son: CN107217015 (A), CN 107051184 (A), CN107051184 (A), KR101738143 (B1), CN206234932 (U), KR101721998 (B1), CN106512709 (A), CN106367831 (A),
KR101696236 (B1), CN 106268288 (A), CN205593122 (U), CN 105879660 (B),
CN105831851 (A), JP2016128160 (A), por citar algunos.
No obstante, ninguno de los documentos anteriores centra su interés en disminuir compuestos orgánicos volátiles emitidos por las estaciones de suministro de combustible, lo cual representa una fuente importante de contaminación en las ciudades, adicional al cumplimiento de normas oficiales que regulan las emisiones de este tipo de contaminantes atmosféricos.
De esta manera, aún prevalece la necesidad de encontrar una solución al problema de remover o regular emisiones de compuestos orgánicos volátiles en estaciones de suministro de combustible, preferentemente aquellas ubicadas en zonas urbanas o lugares públicos abiertos, que permita remover los contaminantes de manera más eficiente.
OBJETO DE LA INVENCIÓN
Es por lo tanto, un objeto principal de protección un dispositivo para remoción de compuestos orgánicos volátiles que comprende al menos un primer conectar dispuesto sobre una salida de una corriente de gas a tratar, el cual en su parte superior dispone de una extensión de conexión por el cual se conecta a un biorreactor que contiene una solución nutritiva donde crecen organismos degradadores de compuestos orgánicos volátiles, el cual se ubica en la parte media del dispositivo, mientras que en la parte superior se cuenta con un arreglo de dispersión que en su parte superior esta acoplado a una salida por donde sale al ambiente la corriente gaseosa tratada; y una red de distribución de la solución nutritiva que tiene organismos degradadores de compuestos orgánicos volátiles, en donde la extensión de conexión dispone primeramente de un cono distribuidor que se encuentra dispuesto en forma invertida y vaciado por su parte intema, teniendo una extensión cilindrica en su parte superior dicho cono distribuidor que permite que el fluido sea desplazado por una ruta extema en las paredes internas del cono distribuidor, que en la porción de la extensión cilindrica se conecta con un segundo cilindro perforado que dispone de una pluralidad de barrenados pasados en toda su periferia y en donde su eje axial es coincidente con el eje axial del cono distribuidor, las perforaciones en este segundo cilindro perforado están dispuestas para que el gas de salida pueda ingresar al biorreactor por su parte inferior.
Los objetivos de la presente invención antes referidos y aun otros no mencionados, serán evidentes a partir de la descripción de la invención y las figuras que con carácter ilustrativo y no limitativo la acompañan, que a continuación se presentan.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1. Vista isométrica del dispositivo para remoción de COV's.
Figura 2. Vista ¡sométrica del dispositivo para remoción de COV's, con una ampliación de del primer conectar (1 (X)).
Figura 3. Vista isométrica del dispositivo para remoción de COV's, con una ampliación de la extensión de conexión (200).
Figura 4. Vista ¡sométrica del dispositivo para remoción de COV's, con una ampliación del arreglo de dispersión (400). Figura 5. Vista isométrica del dispositivo para remoción COV's, con una ampliación de los sensores (104 y 403) de compuestos orgánicos volátiles válvula de retención (204).
Figura 6. Vista ¡sométrica del biofiltro (303).
Figura 7. Vista isométrica de una modalidad del dispositivo de la invención.
Figura 8. Vista ¡sométrica en transparencia de una modalidad del dispositivo de la invención. Figura 9. Vista ¡sométrica de una modalidad del dispositivo de la invención con acercamiento de los conectores. Figura 10. Vista isométrica de una modalidad del dispositivo de la invención con acercamiento de los componentes en vista explosiva que conforman un depósito de intercambio.
Figura 11. Vista lateral de una modalidad del dispositivo de la invención.
Figura 12. Vista isométrica de una modalidad del dispositivo de la invención con acercamiento de la cámara de expulsión.
Figura 13. Vista ¡sométrica de una modalidad del dispositivo de la invención con acercamiento de la cámara de expulsión.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un dispositivo para remoción de compuestos orgánicos volátiles (1), el cual está especialmente concebido para colocarse a la salida de los conductos de salida de un tanque o cisterna de hidrocarburos de estaciones de suministro de combustible, que de forma general dispone de al menos un conducto dependiendo del tipo de combustible que aloja en el tanque, identificando a este por el color que dispone el conducto para su identificación; dicho dispositivo se dispone a la salida de los tanques para remediar la corriente gaseosa proveniente del interior del tanque o cisterna, a través de un primer conectar (100) dispuesto sobre una salida de una corriente gas a tratar, que en su parte superior dispone de una extensión de conexión (200) que es el medio por el cual se conecta un biorreactor (300) que contiene una solución nutritiva donde crecen organismos degradadores de compuestos orgánicos volátiles (COV's), el cual se ubica en la parte media del dispositivo, mientras que en la parte superior se cuenta con un arreglo de dispersión (400) para finalmente disponer de una salida (500) por donde la corriente gaseosa una vez tratada, sale al ambiente con una disminución considerable de compuestos orgánicos volátiles derivado de los procesos bioquímicos que realizan los microorganismos al estar en contacto con el fluido contaminado, en donde dichos organismos están presentes en una solución nutritiva suministrada por una red de distribución (600). El primer conector (100), se coloca inmediatamente a la salida de un conductor de expulsión de gases de un tanque o cisterna de hidrocarburos, dispone una sección transversal preferentemente circular, en donde en su periferia se cuenta con un primer sello (101) preferentemente de un material metálico que aísla el contenido de los gases de salida del tanque y que los encausa a un cilindro de subida (102) de altura mayor a la del primer sello y que es coincidente con el eje axial del mismo, en la parte superior del cilindro de subida (102) se cuenta con un primer cilindro perforado (103) en donde un cuerpo cilindrico que presenta un vaciado en su interior similar al del cilindro de subida (102) y del primer sello (101); cuenta con una pluralidad de barrenados pasados en su superficie que permiten al gas de salida del tanque, salir por dichos barrenos, y de esta forma trasladarse a través de la extensión de conexión (200) hacia el biorreactor (300). Asimismo, el primer conector (100) es la parte en donde se tiene el reingreso de la solución nutritiva que comprende microrganismos hacia un tanque de almacenamiento con solución nutritiva (601) donde crecen organismos degradadores de compuestos orgánicos volátiles necesario para la recirculación y aprovechamiento de los mismos, dicho retomo se da por gravedad, en donde un conector de salida (604) se conecta de forma perpendicular en un punto de la periferia del primer conector (100). En la parte trasera del primer conector (100) se dispone de un primer sensor (104) de compuestos orgánicos volátiles que sensa a dichos compuestos para un monitoreo de la cantidad de los compuestos orgánicos volátiles que se están entrando al interior del dispositivo.
La extensión de conexión (200) se encuentra en la parte superior del primer conector (100) y dispone primeramente de un cono distribuidor (201), en donde este posee una forma cónica truncada, que se encuentra dispuesto en forma invertida y vaciado por su parte intema, teniendo una extensión cilindrica (202) en su parte superior, este cono distribuidor (201) tiene la función de impedir que el fluido de la solución nutritiva con organismos degradadores de compuestos orgánicos volátiles ingrese al tanque o cisterna de almacenamiento de hidrocarburos, alterando su composición, no obstante permite que el fluido sea desplazado por una ruta extema en las paredes internas del cono distribuidor (201) y posteriormente se deposite en el tanque de almacenamiento con solución nutritiva (601); el cono distribuidor (201) envuelve al cilindro perforado (103) en su parte cónica, mientras que la porción de la extensión cilindrica (202) se conecta con un segundo cilindro perforado (203) que dispone de una pluralidad de barrenados pasados en toda su periferia y en donde su eje axial es coincidente con el eje axial del cono distribuidor (201), las perforaciones en este segundo cilindro perforado (203) están dispuestas para que el gas de salida de la cisterna pueda ingresar al biorreactor (300) por su parte inferior, mientras que en la parte posterior de la extensión de conexión (200) se cuenta con una válvula de retención (204) que cierra por completo el paso del fluido gaseoso que circula desde la extensión de conexión (200) hacia el tanque de filtrado (300) para su remediación en caso de que la presión en el interior de la extensión de conexión sea mayor a 2.8kgf/m2.
El biorreactor (300) posee una forma globalmente cilindrica, vaciada por su parte intema y fabricado de un material preferentemente polimérico; dispone en su parte inferior primeramente de un empaque de conexión (301) de forma globalmente cilindrica que interactúa con la parte superior de la extensión de conexión (200) y que sujeta por su parte inferior al biorreactor (300) que contiene una solución nutritiva donde crecen organismos biorremediadores de comentes contaminadas seleccionados de entre microorganismos, hongos, plantas o las enzimas derivadas de ellos o combinación de los mismos, los cuales aprovechan los contaminantes como fuente de nutrientes como una condición natural, es decir, transforman diversos compuestos contaminantes como el Monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno, PM (10 y 2.5) en oxigeno y biomasa.
En los biorreactores (300) se lleva a cabo la degradación de los COV's, es decir, aquel proceso que utiliza microorganismos, hongos, plantas o las enzimas derivadas de ellos para retomar a un medio ambiente alterado por contaminantes a su condición natural, por lo tanto, al ser un medio que aloja en su interior una solución acuosa, preferentemente con microalgas y/o cianobacterias del tipo fotosintóticos, es necesario mantenerlos vivos durante la operación del mismo. Uno de los elementos más necesarios para el crecimiento de los microorganismos, son los nutrimentos en disolución ricos en carbono y nitrógeno. Para el caso de la presente invención, la fuente de nutrientes es obtenida por los compuestos orgánicos volátiles que contienen principalmente carbono que provienen de las salidas de las cisternas de hidrocarburos, preferentemente aquellas que se encuentran en las estaciones de suministro de combustible. La solución nutritiva puede ser seleccionada de acuerdo a los requerimientos de cada especie de microalga o danobacteria que se aloja en los biorreactores (300). Por otra parte, se debe tomar en cuenta la espede para definir la composición del medio de cultivo. Por ejemplo, algunas especies como Tetraselmis sp., Chlamydomonas sp., y Nannochlorís sp. necesitan una cantidad menor al 15 % de CO2 para su crecimiento, mientras que especies como Scenadasmus sp. Y Cyanidium caldarium toleran concentraciones desde un 80 hasta un 100% respectivamente. De manera preferencial, los biorreactores de la presente invención alojan en su interior cualquiera de los siguientes géneros de microalgas y/o danobacterias: Synechocystis, Spirulina, Dunaliella, Dunaliella, Chlorella, Tetraselmis, Chlamydomonas, Nannochlorís, Scenedesmus, Cyanidium, Anabaena, Nostoc, combinadones de las mismas, podiendo ser monocultivos o policultivos, o cualquier otra de interés comerdal.
Todavía en otra modalidad de la invención, los biorreactores (300) pueden contener en su interior un cultivo de microalgas y/o danobacterias autóctonas del lugar en donde será instalado el dispositivo de la presente invención, con la finalidad de optimizar los recursos de control de los parámetros de cretimiento. Las espedes autóctonas aisladas y seleccionadas en fundón de su alta capaddad de resistir concentradoras altas de COV u otros agentes contaminantes, así como tolerar las condiciones climáticas del lugar.
La elecdón de las espedes a cultivar puede depender de la finalidad que se le desea brindar a la biomasa resultante, es dedr, de manera ventajosa, dicha biomasa puede ser utilizada con fines cosméticos, alimentidos, agrónomos o cualquier otro conoddo.
Los biorreactores (300) además pueden comprenden un sensor de pH (no mostrado) que está en comunicación con un módulo de control y monitoreo (no mostrado), el cual identifica cuando el parámetro de pH no está dentro del rango configurado y envía una serial para que un dosificador (no mostrado) administre una solución base o alcalina, que permita estabilizar nuevamente dicho parámetro. Además, cada biorreactor (300) además puede tener un sensor de temperatura que está en comunicación con el módulo de control y monitoreo. La producción de microalgas o cianobacterias aumenta proporcionalmente con la temperatura hasta alcanzar la temperatura óptima de cada especie. Por encima de esta, aumenta la respiración y la fotorrespiración reduce la productividad global, por lo tanto, la temperatura adecuada puede cambiar entre las especies. Por lo tanto, el dispositivo en una modalidad preferendal puede comprender un medio de control y monitoreo de temperatura como rociadores de agua o un colector solar.
En un aspecto de la invención, cada biorreactor (300) puede ser fabricado de un material resistente, ya sea de algún metal, o bien, material transparente que permite el paso de la luz, preferendalmente acrílico, con espesor preferente de 6 pulgas, lo cual favorece con de control de la temperatura.
Aún en otro aspecto de la invendón, los biorreactores (300) alojan en su interior material filtrante (302), lo cual confiere la ventaja de proveer un biofiltro (303) que permite mejorar la absorción de gases y regeneradón de la fase líquida simultáneamente. Generalmente consisten en columnas empacadas con material filtrante (302) que permite el desarrollo de una película microbiana que favorece el aumento de la densidad celular volumétrica. De manera preferendal, el área específica del empaque (área de contacto por unidad de volumen de columna) es la adecuada para evitar la caída de presión en la columna y el riesgo de que el espado vacio sea obstruido por el credmiento microbiano.
En los biofiltros (303), el agua contaminada pasa por el material filtrante (302) en donde se ha desarrollado una película de microorganismos sobre la superfitie porossa de dichos materiales. Los compuestos orgánicos volátiles son transferidos a esta biopelícula húmeda en donde es transformado eventualmente en CO2 y H2O, siendo estos compuestos arrastrados a la salida (500). El dispositivo de la presente invendón permite alcanzar tasas elevadas de degradación. Los materiales filtrantes (302) pueden ser tierra, diferentes tipos de compostas, desechos de madera, turba, bagazo de caña, cáscaras de cacahuate, vermiculita, agrolita, materiales cerámicos, carbón activado. Estos materiales filtrantes (302) normalmente contienen los sufidentes minerales para sostener una población adecuada.
El material filtrante (302) en los biofiltros (303) puede estar comprendido de manera preferente de un primer empaquetado (304) de piedra de porosidad gruesa; un segundo empaquetado (305) de piedra de porosidad mediana; un tercer empaquetado (306) de carbón activado; un cuarto empaquetado (307) de lecho orgánico; y un quinto empaquetado (308) de bio-esferas. Dichos empaquetados son mantenidos en su lugar, preferentemente mediante mallas de retención en la periferia del espacio a contener.
El arreglo de dispersión (400) se encuentra en la parte superior del biorreactor (300) y se Integra por un plato distribuidor (401) que cuenta con una forma globalmente circular, soportado por al menos cuatro medios de soporte colocados en la pared superior intema del tanque de filtrado (300) y que dispone de una pluralidad de barrenados pasados en su superficie a través de los cuales la solución nutritiva atraviesa y se derrama en el interior del biorreactor (300). El arreglo de dispersión es alimentado por una conexión de salida (603) de la red de distribución (600) y el medio de ingreso es por la parte media del arreglo de dispersión a través de una perforación lateral en donde de forma perpendicular se inserta dicha conexión de salida. En su parte superior, el arreglo de dispersión cuenta con un conector de salida (402) en el cual se conectan las salidas indicadoras del contenido de cada tanque o cisterna. En la parte trasera del arreglo de dispersión (400) se dispone de un segundo sensor (403) de compuestos orgánicos volátiles que sensa a dichos compuestos para un monitoreo de la cantidad de compuestos orgánicos volátiles que se están arrojando a la salida del dispositivo posterior al tratamiento recibido.
La red de distribución (600) es la encargada de suministrar la solución nutritiva donde crecen organismos degradadores de compuestos orgánicos volátiles hacia los diferentes puntos del dispositivo donde estas son requeridas, como lo son la extensión de conexión (200), el tanque de filtrado (300) o el arreglo de dispersión (400) y se integra principalmente por un tanque de almacenamiento con solución nutritiva (601) que en su parte interna alberga una bomba hidráulica (no mostrada) de al menos ¼ de hp de potencia y que en su parte superior dispone de una tapa removible que a su vez dispone, en su superficie de un par de medios de salida (602) en donde uno de estos es el medio de conexión para una conexión de salida (603) y el otro para una conexión de retorno (604), en donde la primera de estas se extiende hasta la zona de el arreglo de dispersión
(400), y teniendo tres distribuidores de ingreso (605) y que se inserta en una zona media lateral de dicho arreglo de dispersión (400) mientras que la conexión de retomo se encuentra insertada en la parte inferior de la extensión de conexión (200) también disponiendo de tres distribuidores de retomo (606) que recogen la solución nutritiva una vez pasado por el biorreactor (300) e interactuado con la corriente gaseosa proveniente de, por ejemplo, un tanque o cisterna de hidrocarburos.
En una modalidad preferencial de la invención, el tanque de almacenamiento con solución nutritiva (601) puede estar iluminado al interior por al menos un medio emisor de luz (no mostrado).
En una modalidad preferencial, la salida (500) puede disponer de medios filtrantes (no mostrados), que permiten una depuración adicional en caso de ser necesario. Dichos medios filtrantes pueden ser, por ejemplo, carbón activado, zeolitas, fibras de celulosa, espuma, papel plegado, fibra de vidrio cruzada, fibras cargadas para retención de polvo o cualquier otro material concebido para retención de materiales contaminantes.
Una modalidad de la invención, se refiere a un dispositivo para remoción de compuestos orgánicos volátiles (1), configurado para ser instalado en las salidas o terminales de una cisterna o contenedor de hidrocarburos, integrado por un contenedor de recolección y almacenamiento (1100), ubicado en la parte inferior, el cual se compone de forma general de un cuerpo de sección transversal preferentemente rectangular que en su parte superior dispone de una pluralidad de conectares (1200) que a su vez se interrelaciona con al menos un biorreactor (1300), que a su vez se conecta en su parte superior con una cámara de expulsión (1400), en donde:
El contenedor de recolección y almacenamiento (1100) posee una sección transversal globalmente rectangular, en su parte inferior se conecta con la salida de una cisterna de hidrocarburos y en una de sus caras laterales posee un barrenado de llenado/vaciado (1101) de forma preferentemente circular que permite vaciar el contenido del contenedor, lo cual facilita el mantenimiento del dispositivo; en el extremo opuesto se dispone de una unidad verificadora (1102) de forma preferentemente cilindrica y dispuesta de forma vertical en donde se aprecia el nivel de llenado de una solución nutritiva para microorganimos, preferentemente microalgas o cianobacterias al interior del contenedor de recolección y almacenamiento (1100), toda vez que en su interior presenta un vaciado parcial donde se aloja una bomba hidráulica (1106) que se interrumpe por al menos tres orificios de entrada (1103) de un fluido que atraviesan longitudinalmente dicho contenedor, los cuales transportan compuestos orgánicos volátiles, que poseen una forma globalmente cilindrica y que se disponen en una zona proximal a la cara frontal del contenedor de recolección y almacenamiento (1100) teniendo que sus centros están alineados en un plano axial a la cara superior de dicho contenedor, asimismo en una zona próxima a la parte superior de los orificios de entrada (1103) se cuenta con al menos tres bases de depósito (1104) de sección transversal preferentemente circular que en su superficie disponen de un barrenado (1105) de forma circular. Los conectares (1200) se disponen de una sección transversal circular que presenta un doblez en una zona proximal a su zona media.
Una pluralidad de biorrecatores (1300) se encuentran ubicados en la parte superior del contenedor de recolección y almacenamiento (1100) interconectados con las bases de depósito (1104); poseen una configuración generalmente cilindrica que en su periferia intema disponen de una pluralidad de emisores de luz (1309), preferentemente leds que proveen aproximadamente 3 mil lúmenes de luz blanca en periodos de entre 8 a 12 horas, dirigidas hacia la solución alojada en los biorreactores (1300). La intensidad lumínica es uno de los principales parámetros a considerar en un cultivo, debido a que, en ausencia de limitación por nutrientes, la fotosíntesis se incrementa con el aumento de la intensidad lumínica, hasta alcanzar la máxima tasa de crecimiento especifica para cada especie en el punto de saturación por luz. Pasado este punto, se alcanza el punto de fotoinhibición, con resultados perjudiciales para la misma célula e incluso la muerte, implicando pérdida de eficiencia fotosintética y productividad del cultivo. Por lo tanto, la alimentación eléctrica para el funcionamiento de dichas tiras con una pluralidad de diodos emisores de luz (1309) se da a través de una fuente de alimentación eléctrica (no mostrada).
En una modalidad de la presente invención, se prevé que la alimentación eléctrica se compone de una fuente de energía obtenido por una pluralidad de paneles solares que captan la energía contenida en la radiación solar y la convierten en energía eléctrica, dichos paneles solares se conectan a un banco de baterías que están dispuestos preferencialmente en la parte inferior del dispositivo, cuya función es almacenar la carga proveniente de los paneles solares, para posteriormente ser conectado un inversor de corriente, que hace la conversión de la energía eléctrica de corriente continua proveniente de los paneles solares en energía eléctrica de corriente alterna, que a su vez es la fuente de alimentación de una bomba hidráulica, un módulo de control y monitoreo (1500), así como de una pluralidad de bandas de luces led (1309).
La alimentación eléctrica puede ser a través de una conexión a las líneas de distribución de la compañía suministradora de energía eléctrica local. Otra modalidad, considera la posibilidad de suministrar energía por medio de un generador eléctrico destinado a la transformación de flujo magnético en electricidad mediante inducción electromagnética, que genere una corriente continua, lo cual puede hacerse mediante bicicletas especialmente adaptadas para tal fin.
Los biorreactores (1300) en su parte inferior poseen un primer medio de acoplamiento (1301) definido por una porción de un material polimérico de forma circular que embona con la parte superior de la base de depósito (1104) correspondiente y con la parte inferior de un depósito de intercambio correspondiente, en su parte central el primer medio de acoplamiento (1301) dispone de un barrenado pasado que permite la comunicación fluida del biorreactor (1300) con el contenedor de recolección ya almacenamiento (1100). En la parte intema de cada biorreactor (1300) se dispone de una columna de derrame (1302) que presenta un vaciado completo a su interior y que en su parte inferior dispone de una placa de derrame (1303) en disposición perpendicular al eje axial de la columna de derrame (1302) y que posee una pluralidad de barrenados en su superficie que permiten la recirculación de la solución nutritiva para microorganismos hacia el contenedor de recolección y almacenamiento (1100); asimismo se dispone de una pluralidad de barrenados pasados en la superficie inferior de la columna de derrame (1302); en cada una de las paredes externas de los biorreactores (1300) se cuenta con un conductor principal (1304) de sección transversal preferentemente circular, que en su extremo superior cuenta con un doblez (1305) con un ángulo de 45" respecto del eje axial del depósito de intercambio que a su vez posee un segundo doblez (1306) de 45° respecto del primer doblez (1305) que descarga la mezcla de solución nutritiva impulsada por la bomba hidráulica (1106) en el interior del contenedor de recolección y almacenamiento (1100), en la parte superior de cada uno de los biorreactores (1300) se dispone de un segundo medio de acoplamiento (1307) de forma globalmente cilindrica que se acopla en su parte central a través de un barrenado pasado con la periferia superior de la columna de derrame (1302), de la misma forma el segundo medio de acoplamiento en el barrenado pasado del que dispone el segundo medio de acopiamiento (1307) se conecta con un colector de corrientes gaseosas (1308) integrado por una pluralidad de aspas que auxilian en el proceso del desplazamiento de una corriente gaseosa por el interior de la columna de derrame (1302).
En los biorreactores (1300) se lleva a cabo la biorremediación, es decir, aquél proceso que utiliza microorganismos, hongos, plantas o las enzimas derivadas de ellos para retomar a un medio ambiente alterado por contaminantes a su condición natural, por lo tanto, al ser un medio que aloja en su interior una solución acuosa, preferentemente con microalgas y/o cianobacterias es necesario mantenerlos vivos durante la operación del mismo. Una de los elementos más necesarios para el crecimiento de los microorganismos fotosintetizadores, son los nutrimentos en disolución ricos en carbono y nitrógeno. Para el caso de la presente invención, la fuente de nutrientes es obtenida por los compuestos orgánicos volátiles que contienen principalmente carbono que entran a través de los orificios de entrada (1103) que están acoplados a las salidas de las cisternas de hidrocarburos, preferentemente aquellas que se encuentran en las estaciones de suministro de combustible.
La producción de microalgas o cianobacterias aumenta proporcionalmente con la temperatura hasta alcanzar la temperatura óptima de cada especie. Por encima de esta, aumenta la respiración y la fotorrespiración reduce la productividad global, por lo tanto, la temperatura adecuada puede cambiar entre las especies. Por lo tanto, el dispositivo en una modalidad preferendal puede comprender un medio de control y monitoreo de temperatura como rociadores de agua o un colector solar. Adicionalmente, de manera ventajosa, cada biorreactor (1300) es fabricado de un material transparente que permite el paso de la luz, preferencialmente acrlllco y tiene un espesor de 6 pulgas, lo cual favorece con de control de la temperatura.
La cámara de expulsión (1400) posee una sección transversal rectangular, está dispuesta en la parte superior de la pluralidad de biorrecatores (1300) y se interconecta con los segundos medios de acoplamiento (1307) en su parte inferior y con una pluralidad de medios de salida (1401), que a su vez empalman con una pluralidad de barrenados pasados, en la parte superior de la cámara de expulsión, en donde dichos medios de salida (1401) poseen una forma globalmente cilindrica y es el elemento final por el cual se hace pasar una corriente gaseosa dentro del dispositivo colector de agentes contaminantes (1 ) hacia el exterior.
En un aspecto de la invención, se prevé un módulo de control y monitoreo (1500) que se compone de una fuente de poder, una tarjeta lógica programable y un conjunto de relevadores, los cuales se conectan a los sensores que miden diversos parámetros físico- químicos. El módulo de monitoreo controla la bomba hidráulica, la iluminación y las condiciones generales de operación del dispositivo con la siguiente programación lógica:
La programación lógica que determina la funcionalidad del dispositivo es de naturaleza reactiva a los datos monitoreados a través de diversos sensores, por ejemplo, de intensidad lumínica en las bandas de luces led, sensores de parámetros físico-químicos y pH.
I. La activación de las bandas de luces led para el suministro de la energía luminosa, se activa en función de la irradiación en tiempo real monitoreada a través de un sensor de luminosidad, bajo determinados lúmenes sobre tiempo.
II. La bomba hidráulica se activa en función de las concentraciones que se encuentren en el fluido que contiene los COV que se miden a través de los sensores de parámetros físico-químicos
El dispositivo para remoción de COV ampliamente descrito ofrece la ventaja de comprender biorremediadores in situ, preferentemente en estaciones de suministro de combustible en condiciones favorables de funcionamiento independiente de la variación estacional. Por señalar otras como, la facilidad para cosechar la biomasa, el mantenimiento del cultivo sin contaminación, control y monitoreo de las condiciones de cultivo, que finalmente repercuten en las condiciones deseadas al tiempo, lo cual disminuye los costos de operación.
No obstante que la anterior descripción se realizó tomando en cuenta las modalidades preferidas del invento, deberá tenerse en cuenta por aquellos expertos en el ramo, que cualquier modificación de forma y detalle estará comprendida dentro del espíritu y el alcance del presente invento. Los términos en los que se ha redactado esta memoria, deberán ser tomados siempre en sentido amplio y no limitativo. Los materiales, forma y descripción de los elementos, serán susceptibles de variación siempre y cuando ello no suponga una alteración de la característica esencial del modelo.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo para remoción de compuestos orgánicos volátiles caracterizado porque comprende al menos un primer conectar (100) dispuesto sobre una salida de una corriente de gas a tratar, el cual en su parte superior dispone de una extensión de conexión (200) por el cual se conecta a un biorreactor (300) que contiene una solución nutritiva donde crecen organismos degradadores de compuestos orgánicos volátiles, el cual se ubica en la parte media del dispositivo, mientras que en la parte superior se cuenta con un arreglo de dispersión (400) que en su parte superior esta acoplado a una salida (500) por donde sale al ambiente la corriente gaseosa tratada; y una red de distribución (600) de la solución nutritiva que tiene organismos degradadores de compuestos orgánicos volátiles, en donde la extensión de conexión (200) dispone primeramente de un cono distribuidor (201) que se encuentra dispuesto en forma invertida y vaciado por su parte interna, teniendo una extensión cilindrica (202) en su parte superior; dicho cono distribuidor (201) que permite que el fluido sea desplazado por una ruta extema en las paredes internas del cono distribuidor (201), que en la porción de la extensión cilindrica (202) se conecta con un segundo cilindro perforado (203) que dispone de una pluralidad de barrenados pasados en toda su periferia y en donde su eje axial es coincidente con el eje axial del cono distribuidor (201), las perforaciones en este segundo cilindro perforado (203) están dispuestas para que el gas de salida pueda ingresar al biorreactor (300) por su parte inferior.
2. El dispositivo para remoción de compuestos orgánico volátiles de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer conectar (100) dispone una sección transversal preferentemente circular, en donde en su periferia se cuenta con un primer sello (101) que aísla el contenido de los gases de salida y los encausa a un cilindro de subida (102) de altura mayor a la del primer sello y que es coincidente con el eje axial del mismo; en la parte superior del cilindro de subida (102) se cuenta con un primer cilindro perforado (103) en donde un cuerpo cilindrico que presenta un vaciado en su interior similar al del cilindro de subida (102) y del primer sello (101); cuenta con una pluralidad de barrenados pasados en su superficie que permiten al gas de salida, salir por dichos barrenos, y de esta forma trasladarse a través de la extensión de conexión (200) hacia el biorreactor (300).
3. El dispositivo para remoción de compuestos orgánico volátiles de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer conectar (100) dispone preferentemente de un primer sensor (104) de compuestos orgánicos volátiles que sensa a dichos compuestos para un monitoreo de la cantidad de los compuestos orgánicos volátiles que se están entrando al interior del dispositivo.
4. El dispositivo para remoción de compuestos orgánico volátiles de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la extensión de conexión (200) cuenta con una válvula de retención (204) que cierra por completo el paso del gas.
5. El dispositivo para remoción de compuestos orgánico volátiles de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el biorreactor (300) posee una forma preferentemente cilindrica, el cual dispone en su parte inferior de un empaque de conexión (301) que ¡nteractúa con la parte superior de la extensión de conexión (200). 6. El dispositivo para remoción de compuestos orgánico volátiles de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el biorreactor (300) contiene una solución nutritiva donde crecen organismos biorremediadores de corrientes contaminadas seleccionados de entre microorganismos, hongos, plantas o las enzimas derivadas de ellos o combinación de los mismos.
7. El dispositivo para remoción de compuestos orgánicos volátiles de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque cada biorreactor (300) contiene en su interior un monocultivo o policultivo de microalgas y/o danobacterias de cualquiera de al menos una de los siguientes géneros Tetraselmis, Chlamydomonas, Nannochlorís, Scenedesmus, Cyanidium, Synechocystis, Spirulina, Dunaliella, Dunalialla, Chlorella, Tetraselmis, Chlamydomonas, Nannochlorís, Scenedesmus, Cyanidium, Anabaena, Nostoc, combinaciones de las mismas.
8. El dispositivo para remoción de compuestos orgánicos volátiles de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el monocultivo o policultivo de microalgas y/o danobacterias pueden ser de especies autóctonas.
9. El dispositivo para remodón de compuestos orgánicos volátiles de conformidad con la reivindicadón 1 , caracterizado porque cada biorreactor (300) además puede tener un sensor de pH que está en comunicadón con un módulo de control y monitoreo, el cual identifica cuando el parámetro de pH no está dentro del rango configurado y envía una señal para que un dosificador administre una solución base o alcalina, que permita estabilizar nuevamente dicho parámetro.
10. El dispositivo para remoción de compuestos orgánicos volátiles de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque cada biorreactor (300) además puede tener un sensor de temperatura que está en comunicación con el módulo de control y monitoreo.
11. El dispositivo para remoción de compuestos orgánicos volátiles de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque cada biorreactor (300) además puede alojar en su interior material filtrante (302) para el desarrollo de una película microbiana que favorece el aumento de la densidad celular volumétrica, lo cual permite proveer un biofiltro (303) para la absorción de gases y regeneración de la fase líquida simultáneamente.
12. El dispositivo para remoción de compuestos orgánicos volátiles de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el material filtrante (302) se selecciona de cualquiera de tierra, compostas, desechos de madera, turba, bagazo de caña, cáscaras de cacahuate, vermiculita, agrolita, materiales cerámicos, carbón activado o combinaciones de los mismos.
13. El dispositivo para remoción de compuestos orgánicos volátiles de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el material filtrante (302) en los biofiltros (303) puede estar comprendido de manera preferente de un primer empaquetado (304) de piedra de porosidad gruesa; un segundo empaquetado (305) de piedra de porosidad mediana; un tercer empaquetado (306) de carbón activado; un cuarto empaquetado (307) de lecho orgánico; y un quinto empaquetado (308) de bio-esferas.
14. El dispositivo para remoción de compuestos orgánicos volátiles de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el arreglo de dispersión (400) se Integra por un plato distribuidor (401) que cuenta con una forma globalmente circular, soportado por al menos cuatro medios de soporte colocados en la pared superior interna del tanque de filtrado (300) y que dispone de una pluralidad de barrenados pasados en su superficie a través de los cuales la solución nutritiva atraviesa y se derrama en el interior del biorreactor (300); en su parte superior cuenta con un conectar de salida (402).
15. El dispositivo para remoción de compuestos orgánicos volátiles de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el arreglo de dispersión (400) puede tener un segundo sensor (403) de compuestos orgánicos volátiles que sensa a dichos compuestos para un monitoreo de la cantidad de compuestos orgánicos volátiles que se están arrojando a la salida del dispositivo posterior al tratamiento recibido.
16. El dispositivo para remoción de compuestos orgánicos volátiles de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la red de distribución (600) se integra principalmente por un tanque de almacenamiento con solución nutritiva (601) que en su parte interna alberga una bomba hidráulica y en su parte superior dispone de una tapa removible que a su vez dispone, en su superficie de un par de medios de salida
(602) en donde uno de estos es el medio de conexión para una conexión de salida
(603) y el otro para una conexión de retomo (604), en donde la primera de estas se extiende hasta la zona de el arreglo de dispersión (400), y teniendo tres distribuidores de ingreso (605) y que se inserta en una zona media lateral de dicho arreglo de dispersión (400) mientras que la conexión de retorno se encuentra insertada en la parte inferior de la extensión de conexión (200) también disponiendo de tres distribuidores de retomo (606) que recogen la solución nutritiva una vez pasado por el biorreactor (300) e interactuado con la corriente gaseosa a tratar.
17. El dispositivo para remoción de compuestos orgánicos volátiles de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el tanque de almacenamiento con solución nutritiva (601) puede estar iluminado al interior por al menos un medio emisor de luz.
18. El dispositivo para remoción de compuestos orgánicos volátiles de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la salida (500) puede disponer de medios filtrantes seleccionados de entre carbón activado, zeolitas, fibras de celulosa, espuma, papel plegado, fibra de vidrio cruzada, fibras cargadas para retención de polvo o combinaciones de los mismos.
19. El dispositivo para remoción de compuestos orgánicos volátiles de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque dicho dispositivo es acoplado preferentemente a la salida de los conductos de salida de un tanque o cisterna de hidrocarburos de estaciones de suministro de combustible.
20. El dispositivo para remoción de compuestos orgánico volátiles de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo puede comprender un módulo de control y monitoreo.
21. Un dispositivo para remoción de compuestos orgánico volátiles, caracterizado porque comprende un contenedor de recolección y almacenamiento (1100), ubicado en la parte inferior que en su parte superior dispone de una pluralidad de conectares (1200) que a su vez se interrelaciona con al menos un biorreactor 1 (300), que a su vez se conecta en su parte superior con una cámara de expulsión (1400), en donde los biorreactores (1300) en su parte inferior poseen un primer medio de acoplamiento (1301) que embona con la parte superior de una base de depósito (1104) correspondiente, en su parte central el primer medio de acoplamiento (1301) dispone de un barrenado pasado que permite la comunicación fluida del biorreactor (1300) con el contenedor de recolección ya almacenamiento (1100); en la parte interna de cada biorreactor (1300) se dispone de una columna de derrame (1302) que presenta un vaciado completo a su interior y que en su parte inferior dispone de una placa de derrame (1303) en disposición perpendicular al eje axial de la columna de derrame (1302) y que posee una pluralidad de barrenados en su superficie que permiten la recirculación de la solución nutritiva para microorganismos hacia el contenedor de recolección y almacenamiento (1100); asimismo se dispone de una pluralidad de barrenados pasados en la superficie inferior de la columna de derrame (1302); en cada una de las paredes externas de los biorreactores (1300) se cuenta con un conductor principal (1304) que descarga una mezcla de solución nutritiva; en la parte superior de cada uno de los biorreactores (1300) se dispone de un segundo medio de acoplamiento (1307) que se acopla en su parte central a través de un barrenado pasado con la periferia superior de la columna de derrame (302), de la misma forma el segundo medio de acoplamiento en el barrenado pasado del que dispone el segundo medio de acoplamiento (1307) se conecta con un colector de corrientes gaseosas (1308) integrado por una pluralidad de aspas que auxilian en el proceso del desplazamiento de una corriente gaseosa por el interior de la columna de derrame (1302).
22. El dispositivo para remoción de compuestos orgánico volátiles de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la cámara de expulsión (1400) posee una sección transversal rectangular, está dispuesta en la parte superior de la pluralidad de biorrecatores (1300) y se ¡nterconecta con los segundos medios de acoplamiento (1307) en su parte inferior y con una pluralidad de medios de salida (1401), que a su vez empalman con una pluralidad de barrenados pasados, en la parte superior de la cámara de expulsión, en donde dichos medios de salida (1401 ) por el cual se hace pasar una corriente gaseosa dentro del dispositivo colector de agentes contaminantes (1) hacia el exterior.
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