ES2622427T3

ES2622427T3 - Instalación de biodegradación aerobia de grasas o lodos denominados físico-químicos principalmente de la industria agroalimentaria

Info

Publication number: ES2622427T3
Application number: ES06290496.6T
Authority: ES
Inventors: Rodrigo Meier; Thierry Marquis
Original assignee: Eurobio SA
Current assignee: Eurobio SA
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2017-07-06
Anticipated expiration: 2026-03-29
Also published as: EP1707540B1; FR2883863B1; EP1707540A1; FR2883863A1

Abstract

Instalación de biodegradación aerobia de grasas o lodos denominados físico-químicos, principalmente de la industria alimentaria, que comprende un biodigestor (B) al que está asociado un biorreactor independiente (A) de producción de bacterias lipásicas destinadas a garantizar reacciones de hidrólisis y beta-oxidación de grasas o lodos en el biodigestor (B), caracterizada por que el biorreactor (A) está integrado en el biodigestor (B) y comprende un depósito (12) de forma tubular colocado verticalmente en la cubeta (8) del biodigestor (B), que el biodigestor (B) está equipado de un sistema de oxigenación que comprende una turbina de aireación (9) de la cubeta (8), siendo captado el oxígeno del aire exterior y conducido por efecto torbellino a la masa a oxigenar en la cubeta (8) mediante un cono de aspiración (10) y por que la masa producida en el biodigestor (B) asimismo es aspirada por el cono (10) bajo el efecto de la turbina (9).

Description

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DESCRIPCION

Instalacion de biodegradacion aerobia de grasas o lodos denominados ffsico-qmmicos principalmente de la industria agroalimentaria

La invencion se refiere a una instalacion de biodegradacion aerobia de grasas o lodos denominados ffsico-qmmicos principalmente de la industria agroalimentaria, que comprende medios de hidrolisis de grasas o lodos por lipasas y de beta-oxidacion.

Es sabido que las industrias agroalimentarias estan sometidas a un determinado numero de reglamentaciones en cuanto a la evacuacion de sus residuos y efluentes procedentes de la produccion o de los lavados. En general, estas industrias estan equipadas de al menos un sistema de pretratamiento cuyo objetivo es separar las materias grasas o las materias coloidales eventuales del efluente que sera vertido a la red para un tratamiento complementario antes de llegar al medio natural. Esta separacion genera la produccion de grasas o lodos ffsico-qmmicos que pueden eliminarse por incineracion, estando la descarga ya prohibida. A fin de limitar los costes importantes de esta eliminacion, la solucion biologica por degradacion aerobia parece como una de las mas interesantes desde el punto de vista de economico. Esta biodegradacion se efectua en las instalaciones de biodegradacion aerobia del tipo definido anteriormente, estas se operan en dos etapas, de manera conocida de por sf, a saber una etapa de hidrolisis realizada por lipasas, es decir enzimas bacterianas, y una etapa de beta-oxidacion que permite la reduccion de cadenas de acidos grasos.

Las instalaciones de biodegradacion utilizadas hasta ahora llevan una cubeta de hidrolisis de un volumen relativamente importante para dejar que se desarrolle espontaneamente una flora microbiana lipasica. Esta cubeta esta equipada con un agitador que no permite sin embargo una oxigenacion y una cubeta aerobia para la beta- oxidacion cuya funcion es la de aportar oxfgeno y el tiempo de estancia necesario para la biodegradacion.

Estas instalaciones presentan inconvenientes mayores tales como: la cubeta de hidrolisis necesita inversiones de ingeniena civil importantes, implica la generacion de olores relacionados con el almacenamiento de materias organicas fermentables durante varios dfas, una seleccion natural mas o menos controlada de flora lipasica en condiciones de temperatura ambiente y sobre todo no adaptada a los acidos grasos que inducen una importante disminucion de pH que sera necesario neutralizar por una biodegradacion conveniente. La cubeta de oxidacion necesita tambien inversiones importantes de ingeniena civil. El aporte importante de oxfgeno necesario para una buena conducta del procedimiento asf como los compuestos intermedios resultantes de la biodegradacion en curso inducen una fuerte produccion de espuma que obliga a la explotacion ya sea a limitar el aporte de materias organicas, ya sea a limitar el tiempo de oxigenacion para dejar recaer la espuma, ya sea para aumentar el tamano de las cubetas.

Se puede anadir todavfa que, para mejorar la hidrolisis o la biodegradacion aerobia, conviene anadir bacterias especializadas, ya sea en formas liofilizadas o secas. Las condiciones de activacion o de multiplicacion de estas bacterias espedficas estan sin embargo muy alejadas de los parametros de las reacciones qmmicas, tal como la temperatura principalmente, haciendo su eficacia particularmente limitada.

Los documentos JP2003181487A y FR2812628A divulgan instalaciones para la biodegradacion de grasas por accion de cultivo de microorganismos, en particular cultivos bacterianos. Contienen un biorreactor integrado a un biodigestor.

La presente invencion tiene por objeto proponer una instalacion de biodegradacion, lo que palia los inconvenientes que acaban de expresarse de las instalaciones conocidas.

Para alcanzar este objeto, una instalacion de biodegradacion aerobia segun la invencion lleva medios de produccion de bacterias lipasicas, que se realizan bajo la forma de un biorreactor independiente y un biodigestor en el que se efectuan las etapas de hidrolisis y de beta-oxidacion.

La invencion se comprendera mejor, y otros objetos, caractensticas, detalles y ventajas de esta apareceran mas claramente en el curso de la descripcion explicativa que sigue haciendo referencia a los dibujos esquematicos anexos dados unicamente a modo de ejemplo ilustrando una realizacion de la invencion y en los que:

- la figura 1 es una vista esquematica de una instalacion de tratamiento de residuos y efluentes, producidos por industrias agroalimentarias, equipadas con una instalacion de biodegradacion aerobia segun la invencion;

- la figura 2 es una vista esquematica que ilustra a gran escala y mas en detalle el biorreactor indicado en A en la figura 1, y

- la figura 3 es una vista esquematica de un biodigestor segun la invencion, tal como se representa esquematicamente en B en la figura 1.

Refiriendose a la figura 1, la referencia 1 designa un aeroflotador que recibe en 2 los residuos y efluentes en bruto, provenientes de la industria agroalimentaria que separa en efluentes pretratados 3 antes de ser vertidos a la red y en

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grasas o lodos denominados ffsico-qmmicos designados por la referencia 4 que estan destinados a ser tratados en una instalacion de biodegradacion aerobia 6 segun la invencion.

Esta instalacion lleva esencialmente un biodigestor B que comprende esencialmente una cubeta 8 y esta provisto de un sistema de oxigenacion con ayuda de una turbina 9 y de un cono 10 de aspiracion de espumas generadas en el momento de la biodegradacion asf como un biorreactor A que esta sumergido en la cubeta del biodigestor y esta destinado a producir las lipasas destinadas a asegurar las reacciones de hidrolisis y de beta-oxidacion en la cubeta del biodigestor.

Como se ve mas claramente en la figura 2, el biorreactor esta construido en forma de un deposito tubular 12 que reposa en el fondo del biodigestor B. Su forma muy alargada retoma las caractensticas de los tubos de ensayo del cultivo bacteriano. Es convenientemente de forma cilmdrica con una relacion altura H / diametro D de 5 a 20. El deposito se construye convenientemente de una materia de tipo inox. o PVC de presion o cualquier otro material que pueda favorecer intercambios termicos.

El biorreactor se alimenta en el nivel de su extremo superior 13 saliendo hacia lo alto del biodigestor, en agua potable alimentos como se ilustra con las flechas 15 y 16, respectivamente. El agua se suministra por la red mediante una electrovalvula (no representada) que activa en el reloj el aporte de agua y la inyeccion de alimentos. Una bomba dosificadora podna estar prevista para permitir aportar el alimento adaptado, con su presion de seleccion en materia de fuente de carbono.

En el fondo del deposito tubular 12 esta previsto una bomba de recirculacion 18 que asegura la mezcla y la oxigenacion del cultivo en el interior del deposito.

El cultivo bacteriano en el interior del deposito se establece en funcion de su capacidad de segregar las lipasas en gran cantidad, de utilizar los acidos grasos de cadena larga como unica fuente de carbono, por ejemplo de tipo triacilglicerol. El cultivo especializado engendrado en el interior del deposito 12 se evacua por rebose por la parte superior 13 de esta y se inyecta por 20 en el biodigestor B.

El volumen de cultivo especializado recomendado es del orden de 0,2% mmimo del volumen del biodigestor. El biorreactor esta con este fin convenientemente alimentado en semicontinuo con un mdice de dilucion recomendado entre 0,25 h-1 y 0,02 h-1. La poblacion de flora aerobia termofila alcanza en esta condiciones una cifra del orden de 2.109 UFC/ml a 5.109 UFC/ml.

Debido a que el biorreactor A esta directamente sumergido en el biodigestor 8, las condiciones de temperatura en el biorreactor son muy proximas a las medidas en el biodigestor, a saber convenientemente entre 45 a 50°C. Por consiguiente, la regulacion de la temperatura de las cepas bacterianas en el biorreactor se hace naturalmente sin aporte de energfa complementaria por accion exotermica que estas cepas generan en el curso de la biodigestion. Por otra parte, y es del mayor interes, las bacterias lipasicas cultivadas en el biorreactor no sufriran pues ningun choque termico y estaran perfecta e inmediatamente operativas.

En lo que se refiere al biodigestor B, la aireacion de la cubeta 8 esta asegurada por la turbina 9 arrastrada en rotacion por un motor 25 y del tipo de paletas. Esta turbina se selecciona de manera que pueda desarrollar una potencia importante del orden de 220 a 500 vatios/m3. El oxfgeno es captado del aire exterior y encaminado por efecto torbellino a la masa a oxigenar en el deposito por el cono de aspiracion 10.

Este cono asegura ademas un perfecto control de la espuma presente en la superficie del biodigestor y producida por las reacciones de hidrolisis y de beta oxidacion desarrollandose en el deposito 8 del biodigestor. Como se ve en la figura 3, esta espuma indicada en 26 es aspirada por el cono 10, igualmente bajo el efecto de la turbina 9. Para asegurar el control perfecto de la espuma, conviene elegir por consiguiente los parametros de funcionamiento, tales como la biomasa aclimatada especializada y la carga en grasa entrante y de la estructura del digestor, tal como la forma de la cubeta, a saber su superficie con relacion a la altura del agua. Presenta ventajas hacer que las relaciones superficie de la cubeta en (m2) y de la altura util de la cubeta en (m) esten comprendidas entre 3,5 y 15 metros.

Una particularidad esencial de la invencion se basa en las caractensticas del cono de aspiracion 10 cuya superficie en la base debe estar comprendida entre el 2,5% y 7% de la superficie del biodigestor. Para una superficie importante y respetando las relaciones superficie/altura, conviene colocar tantas turbinas y conos como sean necesarias.

Los residuos que entran se degradan en continuo segun un tiempo de residencia dado y se transforman en biomasa. Este licor mixto es evacuado por rebose en funcion del volumen entrante. A fin de evitar arrojar residuos recientes, por consiguiente flotantes, la evacuacion se realiza por una chimenea vertical de rebose 27, sumergida 2/3 de la profundidad de la cubeta ocupada por el licor mixto total. Pudiendo ser la cantidad de biomasa en el biodigestor relativamente alta hasta 40 g/l, pudiendo aparecer riesgos de obstruccion. Para garantizar una descarga permanente del licor mixto, se lleva a cabo un sistema de lavado regular por medio de una bomba, cuyo efecto de succion se produce a 2/3 de la profundidad de la cubeta. Su lado de descarga esta en la parte superior de la chimenea de rebose 27, es decir en la zona tranquila, donde podnan producirse obstrucciones. Sin embargo, la turbulencia

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creada por el caudal de la bomba asf como la temperatura del licor mixto garantiza una limpieza permanente eliminando el riesgo de obstrucciones.

Por otro lado, cabe senalar que la aireacion del biodigestor se realiza continuamente las 24 horas de las 24 del dfa por la turbina que impulsa el licor mixto oxigenado a las paredes de la cubeta. La espuma producida por la alta potencia de agitacion y los compuestos intermedios de biodegradacion es recuperada entonces de forma continua por el cono de aspiracion cuya base esta colocada entre 10 y 25 cm por encima del nivel de lfquido en reposo.

La instalacion segun la invencion presenta claras ventajas, en particular, que la integracion del biorreactor de A al biodigestor B permite evitar la instalacion de una cubeta de hidrolisis independiente, tfpica de la tecnica mas avanzada, y cuyos aspectos negativos se han indicado anteriormente. El biorreactor A segun la invencion puede utilizarse convenientemente para la multiplicacion de bacterias lipasicas de tipo Bacillus subtilis o cualquier otro tipo de biomasa. El propio biodigestor pueden seleccionar, segun el caso, las bacterias. Esta ultima propiedad puede ser especialmente interesante cuando los residuos a tratar por el biodigestor son variables, por ejemplo, grasas de diversas recogidas o industrias alimentarias con diferentes producciones, y que por consiguiente pueden dar lugar a variaciones en las poblaciones bacterianas. En este caso, es interesante tomar como inoculo del licor mixto del biodigestor, cuando se sabe que este funciona en buenas condiciones con contenidos importantes de grasa en la entrada.

Segun la invencion, gracias al cultivo bacteriano lipasico y a su equipo enzimatico producido e inyectado directamente en el biodigestor, la hidrolisis se se llevara a cabo inmediatamente sin cambio sustancial en el valor de pH preferiblemente comprendido entre 6,5 y 8, ya que los acidos grasos se degradaran en tiempo real sin acumulacion como es el caso en una cubeta de hidrolisis espedfica. Las condiciones estables de temperatura y pH garantizan entonces rendimientos mas avanzados de la actividad biologica.

Cabe senalar que gracias a la utilizacion de bacterias lipasicas, termofilas, el biodigestor puede recibir contenido de materias grasas importantes y operar a altas temperaturas entre 40 y 65°C debido a la intensa actividad biologica en el biodigestor.

Esta actividad biologica se apoya en la excelente oxigenacion proporcionada por la turbina. Ademas de oxigenacion, que tiene ademas la funcion de aspirar la espuma, producido en grandes cantidades y resultante de la intensa actividad biologica y la oxigenacion.

Otra ventaja de la invencion reside en la configuracion del biorreactor de forma tubular. Esta forma, junto con la turbina 18 en el fondo del tubo garantiza una excelente circulacion del lfquido dentro del biorreactor, lo que permite una oxigenacion uniforme muy eficaz incluso mejorada por el hecho de que el lfquido se eleva por encima del nivel del deposito del reactor para caer en el mismo en forma de lluvia como la que se simboliza en la figura 2 por la multitud de flechas.

Estas condiciones de multiplicacion o proliferacion optimas de bacterias en el biodigestor permiten inyectar bacterias en el mismo, de una fuente externa, a intervalos de tiempo relativamente espaciados. La proliferacion de microorganismos en el biorreactor se ve favorecida por la adicion de nutrientes apropiados y agua esteril tal como el agua potable.

Incluso es posible, especialmente en condiciones de funcionamiento estable del biodigestor, renunciar practicamente a la inyeccion exterior de bacterias no tomando muestras de ellas mas que en el propio biodigestor.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Instalacion de biodegradacion aerobia de grasas o lodos denominados ffsico-qmmicos, principalmente de la industria alimentaria, que comprende un biodigestor (B) al que esta asociado un biorreactor independiente (A) de produccion de bacterias lipasicas destinadas a garantizar reacciones de hidrolisis y beta-oxidacion de grasas o lodos en el biodigestor (B), caracterizada por que el biorreactor (A) esta integrado en el biodigestor (B) y comprende un deposito (12) de forma tubular colocado verticalmente en la cubeta (8) del biodigestor (B), que el biodigestor (B) esta equipado de un sistema de oxigenacion que comprende una turbina de aireacion (9) de la cubeta (8), siendo captado el oxfgeno del aire exterior y conducido por efecto torbellino a la masa a oxigenar en la cubeta (8) mediante un cono de aspiracion (10) y por que la masa producida en el biodigestor (B) asimismo es aspirada por el cono (10) bajo el efecto de la turbina (9).
2. Instalacion segun la reivindicacion 1, caracterizada por que el biorreactor (A) esta adaptado para producir bacterias termofilas que garantizan un funcionamiento del biodigestor (B) a temperaturas entre 40°C y 65°C.
3. Instalacion segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizada por que la parte superior (13) del biorreactor (A), que sale del nivel de la masa contenida en la cubeta (8) del biodigestor (B) dispone de medios de alimentacion de agua (15) y de nutrientes (16) y una salida (20) del cultivo espedfico producido en el reactor para la introduccion de este cultivo en el biodigestor (B).
4. Instalacion segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que el biorreactor (A) comprende una bomba (18) de recirculacion en el fondo del deposito tubular (12) para permitir la mezcla y la oxigenacion del cultivo continua en el biorreactor (A).
5. Instalacion segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que comprende una chimenea vertical de rebose (27) de evacuacion de la cubeta (8) del licor mixto que se encuentra en la cubeta (8).
6. Instalacion segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que el biorreactor (A) presenta la forma de un deposito alargado en el fondo del biodigestor (B) y que comprende una relacion altura H/diametro D comprendida entre 5 y 20.
7. Instalacion segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por que el cono de aspiracion (10) tiene una superficie de la base comprendida entre 2,5% y 7% de la superficie del biodigestor (B).