ES2909891B2 - PHOTOBIOREACTORS FOR CULTIVATION OF MICROALGAE, DESTINED TO DIFFERENT APPLICATIONS, RELATED TO THE RECOVERY OF NATURAL RESOURCES, WITHIN A CELLULAR ECONOMY MODEL - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Fotobiorreactores para cultivo de microalgas, destinadas a distintas aplicaciones, relacionadas con la recuperación de recursos naturales, dentro de un modelo de economía celular Photobioreactors for the cultivation of microalgae, intended for different applications, related to the recovery of natural resources, within a cellular economy model
Objeto de la invenciónObject of the invention
La presente invención se refiere a un dispositivo que incorpora un sistema de cultivo de microalgas de forma modular, escalable y de bajo coste, para el tratamiento de efluentes líquidos procedentes de establecimientos agrícola-ganaderos o industriales y el crecimiento de microalgas con aplicaciones específicas en tratamientos y procesos agrícolas, o como sistema de producción de bioestimulantes agrícolas, sistemas de regeneración de suelos, reutilización de aguas de proceso, sumidero de CO2, recuperación de acuíferos, siempre dentro de un concepto de economía circular.The present invention relates to a device that incorporates a modular, scalable and low cost microalgae cultivation system for the treatment of liquid effluents from agricultural-livestock or industrial establishments and the growth of microalgae with specific applications in treatments. and agricultural processes, or as a production system for agricultural biostimulants, soil regeneration systems, process water reuse, CO 2 sink, aquifer recovery, always within a circular economy concept.
La invención está basada en el empleo de un sistema de cultivo de microalgas destinado a la producción de biomasa de microalgas como sumidero de CO2, a la vez que como sistema de producción de bioestimulantes agrícolas y regeneradores de suelo a la par que permite el cultivo mediante el empleo de efluentes líquidos procedentes de las plantas de producción de productos agrícolas, ganaderos y todos aquellos relacionados con la industria biotecnológica y farmacológica mediante el uso de microalgas como herramienta.The invention is based on the use of a microalgae cultivation system for the production of microalgae biomass as a CO 2 sink, as well as as a system for the production of agricultural biostimulants and soil regenerators while allowing cultivation through the use of liquid effluents from the production plants of agricultural products, livestock and all those related to the biotechnological and pharmacological industry through the use of microalgae as a tool.
El conjunto utiliza un diseño innovador, los fotobiorreactores, que son cubetas de crecimiento semiesféricos de material flexible y transparente para el paso de la luz. Se establece un entorno adecuado para el cultivo de microalgas y el tratamiento de las aguas para su regeneración, a la vez que se optimizan los procesos fotisintéticos.The set uses an innovative design, photobioreactors, which are hemispherical growth trays made of flexible and transparent material for the passage of light. An adequate environment is established for the cultivation of microalgae and the treatment of water for its regeneration, while at the same time optimizing the photisynthetic processes.
El objeto de la invención es un sistema modular y escalable de cultivo de microalgas (mediante fotobiorreactores) para ser utilizadas en aplicaciones relacionadas con la agricultura, explotaciones ganaderas, industria agroalimentaria, y todas aquellas dedicadas de forma directa o indirecta al sector bio.The object of the invention is a modular and scalable microalgae cultivation system (using photobioreactors) to be used in applications related to agriculture, livestock farms, the agri-food industry, and all those dedicated directly or indirectly to the bio sector.
Antecedentes de la invenciónBackground of the invention
Las microalgas son microorganismos vegetales con la mayor eficiencia fotosintética en la naturaleza y con gran capacidad de absorción de CO2 y además tienen la capacidad de absorber y/o adsorber sustancias contaminantes presentes en el agua, eliminándolas de la misma. Las microalgas son un depurador natural del medio ambiente.Microalgae are plant microorganisms with the highest photosynthetic efficiency in nature and with a high capacity to absorb CO 2 and also have the ability to absorb and/or adsorb contaminating substances present in the water, eliminating them from it. Microalgae are a natural purifier of the environment.
En el cultivo las microalgas se necesita para su crecimiento nitrógeno (N), fosforo (P) y potasio (K), microelementos y CO2, y realizan la fotosíntesis liberando oxigeno (O2), y, produciendo a partir de estos elementos inorgánicos, infinidad de componentes orgánicos como, azúcares, lípidos, carotenoides, xantofilas, vitaminas y sus precursores, aminoácidos, hormonas y sus precursores, etc.In cultivation, microalgae need nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K), microelements and CO 2 for their growth, and carry out photosynthesis releasing oxygen (O 2 ), and producing from these inorganic elements , countless organic components such as sugars, lipids, carotenoids, xanthophylls, vitamins and their precursors, amino acids, hormones and their precursors, etc.
El cultivo de microalgas tiene un potencial de aplicación en el tratamiento de efluentes de establecimientos agrícola-ganaderos y de industria alimenticia, ricos en los nutrientes mencionados, en exceso a veces que lo convierten en contaminantes pero que pueden ser consumidos por las algas. The cultivation of microalgae has a potential application in the treatment of effluents from agricultural-livestock establishments and the food industry, rich in the aforementioned nutrients, sometimes in excess that turn them into pollutants but which can be consumed by the algae.
Mediante el tratamiento de efluentes utilizando el dispositivo propuesto, para el cultivo de microalgas se logra una remoción del contenido de N y P mayor 90%. También es importante la propiedad que tienen las microalgas para eliminar los metales pesados del medio acuoso. Mediante este proceso de tratamiento se producen fertilizantes orgánicos no contaminantes favoreciendo la disminución de la emisión de CO2 producida durante la fabricación de fertilizantes inorgánicas en procesos petroquímicos. Y evitando la fuga de otros gases invernadero como NOx y SOx.Through the treatment of effluents using the proposed device, for the cultivation of microalgae, a removal of the content of N and P greater than 90% is achieved. The property of microalgae to remove heavy metals from the aqueous medium is also important. Through this treatment process, non-polluting organic fertilizers are produced, favoring the reduction of CO 2 emissions produced during the manufacture of inorganic fertilizers in petrochemical processes. And avoiding the escape of other greenhouse gases such as NOx and SOx.
Existen diversos tipos de método de cultivos de microalgas como en ases de tubos, cilíndricos o grandes estanques agitados de cultivo. La invención con el dispositivo propuesto, a base de fotobiorreactores semiesféricos escalables, permite obtener un rendimiento óptimo de cultivo con un bajo coste de inversión.There are various types of microalgae culture methods such as tube aces, cylindrical or large agitated culture ponds. The invention with the proposed device, based on scalable hemispherical photobioreactors, allows obtaining optimal crop performance with a low investment cost.
La invención tiene por objeto el cultivo de microalgas, cuyo uso es la utilización de aguas residuales o con exceso de nutrientes, de forma que permita la entrada de las misma y también la salida como un biofertilizante, recuperador de suelos, con una gran capacidad de almacenamiento en poco espacio, de bajo coste, pudiendo operar de forma manual y/o automatizada para facilitar su uso. Estas son las características que hacen que el diseño propuesto permita cumplir con las necesidades de sus usuarios y que mejora a los fotobiorreactores utilizados hasta la actualidad.The object of the invention is the cultivation of microalgae, whose use is the utilization of residual water or water with excess nutrients, in such a way that it allows the entry of the same and also the exit as a biofertilizer, soil recuperator, with a great capacity of storage in little space, low cost, being able to operate manually and/or automated to facilitate its use. These are the characteristics that make the proposed design meet the needs of its users and improve the photobioreactors used to date.
Las áreas de trabajo en este campo implican la caracterización fluidodinámica, la cuantificación de los fenómenos de estrés (pH, conductividad, luz, etc.) y de la productividad.The areas of work in this field involve fluid dynamic characterization, quantification of stress phenomena (pH, conductivity, light, etc.) and productivity.
El cultivo de microalgas necesita un sistema de agitación mediante sistemas de palas, turbinas, bombeo, burbujeo o aireación para evitar el asentamiento de las algas y poder estar expuestas a la luz con la misma probabilidad por la turbulencia originada y lograr una fotosíntesis homogénea e intensa.The cultivation of microalgae needs an agitation system using blades, turbines, pumping, bubbling or aeration systems to prevent the settlement of the algae and to be able to be exposed to light with the same probability due to the turbulence caused and achieve homogeneous and intense photosynthesis. .
Teniendo en cuenta el tipo de aplicación existen diversos tipos de sistemas de cultivo de microalgas, sistemas abiertos donde se tiene contacto con el medio ambiente y sistemas cerrados o semicerrados donde hay poco contacto con el medio ambiente.Taking into account the type of application, there are different types of microalgae cultivation systems, open systems where there is contact with the environment and closed or semi-closed systems where there is little contact with the environment.
Entre los sistemas abiertos se pueden citar lagunas o estanques con paletas giratorias donde la transferencia de luz no es la ideal. Estos sistemas son más apropiados para el crecimiento de algas y de microalgas, al encontrarse expuestos a la atmósfera, pueden llegar a contaminarse con organismos no deseados que pueden llegar a inhibir el crecimiento o desplazar a la especie en cultivo. Son sistemas muy económicos, pero tienen la gran desventaja que se requieren grandes extensiones de terreno.Open systems include lagoons or ponds with rotating blades where light transfer is not ideal. These systems are more suitable for the growth of algae and microalgae, since they are exposed to the atmosphere, they can become contaminated with unwanted organisms that can inhibit growth or displace the species in culture. They are very cheap systems, but they have the great disadvantage that they require large areas of land.
Entre los sistemas cerrados o semicerrados, se han utilizado fotobiorreactores con distintas geometrías y fuentes de iluminación, tantos reactores planos verticales con lámparas fluorescentes de luz blanca, reactores iluminados con diodos casi internamente o internamente con fibra óptica o reactores inclinados planos con iluminación solar exterior. Sistemas tubulares, serpentines tubulares verticales o inclinados y también cilíndricos. Los tubulares pueden ser construidos de vidrio, metacrilato, PVC u otro tipo de material plástico transparente, pero tienen problemas relacionados con la física de fluidos y limitación de longitud, debido a la producción de oxígeno y la pérdida de eficiencia fotosintética hasta alcanzar la inhibición de la fotosíntesis a partir de altas concentraciones de oxígeno. Among the closed or semi-closed systems, photobioreactors with different geometries and lighting sources have been used, as many vertical flat reactors with white light fluorescent lamps, reactors illuminated with diodes almost internally or internally with fiber optics, or flat inclined reactors with external solar lighting. Tubular systems, vertical or inclined tubular coils and also cylindrical. Tubular tubes can be made of glass, methacrylate, PVC or another type of transparent plastic material, but they have problems related to the physics of fluids and length limitation, due to the production of oxygen and the loss of photosynthetic efficiency until reaching the inhibition of photosynthesis from high concentrations of oxygen.
Sin embargo, con la invención propuesta, los fotobiorreactores se construyen con material flexible y transparente, y se crea el ambiente óptimo para el crecimiento de las algas.However, with the proposed invention, the photobioreactors are built with flexible and transparent material, and the optimal environment for the growth of algae is created.
Esto implicará un tipo de cultivo que permitirá desarrollar una alternativa totalmente ecológica para la producción de bioestimulantes agrícolas, bioremediadores de suelos y de tratamiento de efluentes con grandes beneficios productivos y para el medio ambiente.This will involve a type of crop that will allow the development of a totally ecological alternative for the production of agricultural biostimulants, soil bioremediators and effluent treatment with great productive and environmental benefits.
El cultivo de microalgas es una solución muy viable para tratamientos de efluentes agroindustriales y de ganadería, con este tratamiento se eliminan compuestos inorgánicos como P y N, que utilizan las microalgas para su crecimiento. Reducen la DBO y DQO como así también son eficientes retirando metales pesados y degradando compuestos complejos como, pesticidas y determinadas drogas.The cultivation of microalgae is a very viable solution for treatment of agro-industrial and livestock effluents, with this treatment inorganic compounds such as P and N, which microalgae use for their growth, are eliminated. They reduce BOD and COD as well as being efficient in removing heavy metals and degrading complex compounds such as pesticides and certain drugs.
Los líquidos obtenidos del cultivo de microalgas son coloidales y mediante su utilización para riego, se aumenta la porosidad del suelo favoreciendo su oxigenación y los coloides retenidos aumentan la absorción de nutrientes.The liquids obtained from the cultivation of microalgae are colloidal and by using them for irrigation, the porosity of the soil is increased, favoring its oxygenation and the retained colloids increase the absorption of nutrients.
El aumento de la porosidad favorece la retención del agua de lluvia evitando el arrastre de nutrientes y contaminación.The increase in porosity favors the retention of rainwater, avoiding the dragging of nutrients and contamination.
La utilización de estos líquidos producidos genera una fitorremediación del suelo favoreciendo el crecimiento de los cultivos.The use of these liquids produced generates a phytoremediation of the soil favoring the growth of crops.
Para optimizar las condiciones del cultivo, y para el diseño de la presente invención, se han tenido en cuenta las condiciones necesarias para las microalgas y su desarrollo. Para esto fue necesario ensayos de laboratorio con diferentes tipos de microalgas adecuadas para cada aplicación.To optimize the culture conditions, and for the design of the present invention, the necessary conditions for microalgae and their development have been taken into account. For this, laboratory tests with different types of microalgae suitable for each application were necessary.
Como ejemplo podemos citar la capacidad de la microalga Chioreila vuigaris que ha sido estudiada para la producción de biomasa y la eliminación de nutrientes de diferentes aguas residuales. (Tam y Wong, 1989).As an example we can mention the capacity of the microalgae Chioreila vuigaris that has been studied for the production of biomass and the elimination of nutrients from different wastewater. (Tam and Wong, 1989).
Utilizando un medio de cultivo estándar. El medio fue mezclado con aguas residuales primarias, aguas residuales secundarias y efluentes de petróleo en diferentes proporciones. Se midió en cada solución el crecimiento de la biomasa y la disminución de compuestos de P y N en los líquidos obtenidos.Using a standard culture medium. The medium was mixed with primary wastewater, secondary wastewater and oil effluent in different proportions. The biomass growth and the decrease of P and N compounds in the liquids obtained were measured in each solution.
Tras 13 días de cultivo se logró un aumento de la biomasa de 1.6 g/lt, pasando del 2 al 5%. En los líquidos obtenidos se consiguió una reducción de compuestos de N del 85% y de los compuestos de P del 100%.After 13 days of culture, an increase in biomass of 1.6 g/lt was achieved, going from 2 to 5%. In the liquids obtained, a reduction of N compounds of 85% and of P compounds of 100% was achieved.
Los experimentos realizados demostraron que mediante el cultivo de microalgas se puede lograr una depuración muy eficiente de los efluentes de la producción minera. La microalga Coeiastrum proboscideum absorbe 100% de metales como el Pb. Cd Cu y Zn se han logrado remover un 60%. La microalga verde Dunaiieiia biocuiata tienen alto poder de depuración de residuos de petróleo e insecticidas como Deltamethrin. (Cerniglia et al., 1980).The experiments carried out showed that through the cultivation of microalgae, a very efficient purification of the effluents of mining production can be achieved. The microalgae Coeiastrum proboscideum absorbs 100% of metals such as Pb. Cd Cu and Zn have been removed by 60%. The green microalgae Dunaiiiia biocuiata have a high power to purify oil residues and insecticides such as Deltamethrin. (Cerniglia et al., 1980).
Soeder et al. (1978) comprobaron que Coeiastrum proboscideum absorbe el 100% del plomo de una solución de 1.0 ppm dentro de 20-23°C y aproximadamente 90% después de solo 1.5 h a 30°C. El Cd se absorbió un poco menos eficientemente, con aproximadamente el 60% del Cd absorbido de una solución de 40 ppb después de 24 h. El proceso de 'absorción' parece ser en gran medida pasivo, probablemente a través del intercambio jónico en los polisacáridos de la pared celular (Soeder et al., 1978), aunque también se produce un paso de absorción más lento y mediado metabólicamente (Khummongol et al., 1982).Soder et al. (1978) found that Coeiastrum proboscideum absorbs 100% of the lead from a 1.0 ppm solution within 20-23°C and approximately 90% after only 1.5 h at 30°C. Cd was slightly less efficiently absorbed, with about 60% of Cd absorbed from a 40 ppb solution after 24 h. The 'absorption' process appears to be largely passive, probably through ionic exchange in the polysaccharides of the cell wall (Soeder et al., 1978), although a slower, metabolically mediated uptake step also occurs (Khummongol et al., 1982).
La eficiencia del paso de absorción depende de la naturaleza y la carga de los polisacáridos de la pared celular. Los estudios de Kaplan et al. (1988) con Chlorella stigmaphora y C. salina mostraron que los polisacáridos nativos altamente cargados de ácidos urónicos tenían una alta capacidad de formación de complejos de Cu en comparación con los polisacáridos de C. salina menos cargados. Mangi y Schumacher (Mangi y Schumacher, 1979) con Mesotaenium y Xue y Sigg (1990) con Chlamydomonas reinhardii obtuvieron resultados similares. Maeda y sakaguchi. (1990) han demostrado que el Cd se acumula principalmente por adsorción, mientras que Zn es captado activamente por las células de Chlorella vulgaris y C. homosphaera. The efficiency of the uptake step depends on the nature and charge of the cell wall polysaccharides. The studies by Kaplan et al. (1988) with Chlorella stigmaphora and C. salina showed that native highly charged uronic acid polysaccharides had a high Cu complex formation capacity compared to less charged C. salina polysaccharides. Mangi and Schumacher (Mangi and Schumacher, 1979) with Mesotaenium and Xue and Sigg (1990) with Chlamydomonas reinhardii obtained similar results. Maeda and Sakaguchi. (1990) have shown that Cd accumulates mainly by adsorption, while Zn is actively taken up by Chlorella vulgaris and C. homosphaera cells.
Experimentos realizados para la depuración y desodorización de los purines líquidos provenientes de la ganadería han dado buenos resultados. Los olores desagradables de este tipo de fluentes se deben a que contienen bacterias anaeróbicas que producen ácido sulfhídrico y el medio en que proliferan tienen baja cantidad de Oxígeno disuelto y un pH acido. Ensayos realizados con el cultivo de Chlorella sp a temperaturas de 34°C, produce una importante generación del oxigeno necesario para depuración y desodorización. (Oswald, 1988).Experiments carried out for the purification and deodorization of liquid manure from livestock have given good results. The unpleasant odors of this type of fluids are due to the fact that they contain anaerobic bacteria that produce hydrogen sulfide and the medium in which they proliferate has a low amount of dissolved oxygen and an acidic pH. Tests carried out with the cultivation of Chlorella sp at temperatures of 34°C, produces an important generation of the oxygen necessary for purification and deodorization. (Oswald, 1988).
Experimentos realizados en fotobiorreactores abiertos de cultivo de Chlorella vulgaris en cuatro fotobiorreactores de microalgas abiertos durante 26 días, se logró una depuración del 84% y remoción de nitratos del 26%. (Lincoln y Wilkie, 1995; Lincoln et al., 1996; Olguin et al., 1997; Costa, 2006).Experiments carried out in open photobioreactors for cultivation of Chlorella vulgaris in four open microalgae photobioreactors for 26 days, achieved a purification of 84% and removal of nitrates of 26%. (Lincoln and Wilkie, 1995; Lincoln et al., 1996; Olguin et al., 1997; Costa, 2006).
La producción de microalgas con sistemas cerrados y axénicos como los usados en laboratorios necesitan una inversión y un coste de mantenimiento muy elevado, al que solo pueden acceder las grandes empresas, mientras que, la producción en sistemas abiertos de bajo coste no garantiza ni el rendimiento ni la calidad del producto.The production of microalgae with closed and axenic systems, such as those used in laboratories, requires a very high investment and maintenance cost, which can only be accessed by large companies, while production in low-cost open systems does not guarantee performance. nor the quality of the product.
El crecimiento de las microalgas mediante el consumo de nutrientes como P y N depende de muchos factores como la temperatura, pH del medio y la iluminación.The growth of microalgae through the consumption of nutrients such as P and N depends on many factors such as temperature, pH of the medium and lighting.
Mediante la invención propuesta se le da al medio las condiciones óptimas como pH, temperatura, conductividad y concentración de CO2 para cada tipo de depuración.Through the proposed invention, optimal conditions such as pH, temperature, conductivity and CO 2 concentration for each type of purification are given to the medium.
Al tratarse de una planta con sistema de fotobiorreactor o fotobiorreactores cerrados, se evitan o reducen en gran medida la contaminación del cultivo, aumentando la calidad del producto y la eficiencia de la descontaminación de las aguas residuales. Por su geometría permite cultivar altos volúmenes de algas en poco espacio, aprovechando durante un gran periodo, las condiciones ambientales para el cultivo sin necesidad de consumo de otras energías. Estas cualidades permiten ser accesible para cualquier tipo de empresa y poder adaptarse a cualquier lugar, pudiendo ubicarse en zonas cercanas a la aplicación del fertilizante. El sistema de control de los parámetros permite controlar, además, la eficiencia de descontaminación de forma fiable y escalable.As it is a plant with a closed photobioreactor system or photobioreactors, contamination of the crop is avoided or greatly reduced, increasing the quality of the product and the efficiency of wastewater decontamination. Due to its geometry, it allows the cultivation of high volumes of algae in a small space, taking advantage of the environmental conditions for cultivation over a long period without the need to consume other energies. These qualities allow it to be accessible to any type of company and to be able to adapt to any place, being able to be located in areas close to the application of the fertilizer. The parameter control system also allows the decontamination efficiency to be controlled in a reliable and scalable way.
Por tanto, y frente a lo anteriormente conocido, la aplicación del dispositivo que se presenta con la presente invención traerá mejoras en la depuración de efluentes contaminantes y la producción de fertilizantes totalmente ecológicos, reducción de sus costes, evitando las multas debida a los vertidos, además de conseguir mejora del suelo y de rendimiento de los cultivos. Therefore, and compared to what was previously known, the application of the device presented with the present invention will bring improvements in the purification of polluting effluents and the production of totally ecological fertilizers, reduction of their costs, avoiding fines due to discharges, in addition to achieving improvement of the soil and crop yields.
El uso de fertilizantes orgánicos reduce el uso de fertilizantes inorgánicos, la emisión de CO2 que genera en su fabricación y el mal uso por sobreabonado, como consecuencia del deterioro del suelo y de su pérdida de capacidad para retener carbono, y la contaminación de las cuencas hidrográficas. La fotosíntesis y el consumo de CO2 utilizados por este fotobiorreactor contribuyen a la reducción del efecto invernadero.The use of organic fertilizers reduces the use of inorganic fertilizers, the emission of CO 2 generated in their manufacture and misuse due to overfertilization, as a consequence of the deterioration of the soil and its loss of capacity to retain carbon, and the contamination of the plants. watersheds. The photosynthesis and consumption of CO 2 used by this photobioreactor contribute to the reduction of the greenhouse effect.
La productividad del dispositivo es media alta, no requiere grandes inversiones ni realización de obras, pudiendo cambiarse su localización según sea necesario, facilitando la utilización de efluentes o materias primas obtenidas en la propia explotación y que son un residuo o fuente de contaminación para la misma, como purines, salmueras, aguas de procesos, etc., y su aproximación a la zona donde se va aplicar el agua procesada a través del cultivo de microalgas como biofertilizante.The productivity of the device is medium high, it does not require large investments or works, and its location can be changed as necessary, facilitating the use of effluents or raw materials obtained on the farm itself and which are a waste or source of contamination for it. , such as slurry, brine, process water, etc., and its approach to the area where the processed water will be applied through the cultivation of microalgae as biofertilizer.
En suma, la invención que se presenta resuelve el problema del cultivo de microalgas en continuo, sin contaminación externa al ser un sistema cerrado no hermético, con un bajo coste de mantenimiento ya que su forma geométrica semicilíndrica y flexible, permite la entrada de luz desde todas las direcciones, necesitando solo en pocas ocasiones el uso de luz artificial. Explicación de la invención In short, the invention presented solves the problem of continuous microalgae cultivation, without external contamination, as it is a non-hermetic closed system, with low maintenance cost, since its semi-cylindrical and flexible geometric shape allows light to enter from all directions, only rarely needing the use of artificial light. Explanation of the invention
Los fotobiorreactores para cultivo de microalgas se constituye a partir de un conjunto de fotobiorreactores, cada uno de los cuales está constituido por dos cubetas semiesféricas transparentes flexibles, tapados con una tapadera superior cóncava flexible de cristal de PVC, dejando una cámara de aire entre el cultivo y la tapadera.The photobioreactors for the cultivation of microalgae are constituted from a set of photobioreactors, each of which is constituted by two flexible transparent hemispherical buckets, covered with a flexible concave upper cover made of PVC glass, leaving an air chamber between the culture and the cover.
Incorpora, igualmente, unos sensores de CO2, temperatura, pH y conductividad, que se disponen longitudinalmente, y en paralelo, a la base de cada una de las cubetas en la zona media del cultivo.It also incorporates CO 2 , temperature, pH and conductivity sensors, which are arranged longitudinally, and in parallel, at the base of each one of the buckets in the middle zone of the crop.
Los sensores de CO2, temperatura, pH y conductividad permiten actuar antes de que las condiciones sean desfavorables para el cultivo, permitiendo un mejor control de las condiciones de operación, así como mantener las condiciones óptimas de depuración y crecimiento de las algas de forma continua.The CO 2 , temperature, pH and conductivity sensors allow to act before the conditions are unfavorable for the crop, allowing a better control of the operating conditions, as well as maintaining the optimal conditions of purification and growth of the algae continuously. .
El sensor de pH y conductividad permite conocer y vigilar estos parámetros para poderlos modificar y que sean óptimos tanto para el cultivo de las microalgas en el efluente a descontaminar, como en la salida del producto como biofertilizante, para que cumpla las condiciones idóneas para el cultivo agrícola en el que se vaya a aplicar.The pH and conductivity sensor makes it possible to know and monitor these parameters so that they can be modified so that they are optimal both for the cultivation of microalgae in the effluent to be decontaminated, and in the output of the product as biofertilizer, so that it meets the ideal conditions for cultivation. agriculture in which it is going to be applied.
Además, permite conocer la modificación de estos parámetros debido al crecimiento de las microalgas y al uso de los elementos del efluente por las mismas.In addition, it allows knowing the modification of these parameters due to the growth of microalgae and the use of the elements of the effluent by them.
Cada cubeta tiene una entrada para un efluente líquido y otra entrada en la que se incorporan los sensores, además de una salida para el biofertilizante generado a partir del efluente, mediante el crecimiento de las microalgas. En el conjunto donde se ubican los sensores se dispone de una luz tal para el crecimiento de las microalgas, en condiciones de pocas horas de luz o luz de baja intensidad en el exterior.Each bucket has an inlet for a liquid effluent and another inlet in which the sensors are incorporated, as well as an outlet for the biofertilizer generated from the effluent, through the growth of microalgae. In the set where the sensors are located, there is such a light for the growth of microalgae, in conditions of few hours of light or low intensity light outside.
Los fotobiorreactores incorporan, así mismo, un circuito de aireación, que permite suministrar CO2 y retirar el exceso de O2 de las cámaras de cultivo. Este circuito se realiza mediante un tubo de burbujeo, el cual se conecta a una cámara de aire de temperatura controlada, lo cual permite, además, introducir el aire a la temperatura adecuada para el crecimiento óptimo del cultivo, y una mínima regulación de la temperatura. Dicho circuito de aireación incorpora, además, un compresor, que impulsa el aire exterior hacia el fondo de las cámaras de cultivo y hacia el exterior en forma de burbuja, a través de unos difusores. La regulación de este circuito de aireación es independiente del control del programador, que luego se indicará.The photobioreactors also incorporate an aeration circuit, which allows CO 2 to be supplied and excess O 2 to be removed from the culture chambers. This circuit is carried out by means of a bubble tube, which is connected to a temperature-controlled air chamber, which also allows air to be introduced at the right temperature for optimal growth of the cultivation, and minimal temperature regulation. Said aeration circuit also incorporates a compressor, which drives the external air towards the bottom of the cultivation chambers and towards the outside in the form of a bubble, through diffusers. The regulation of this aeration circuit is independent of the control of the programmer, which will be indicated later.
Mediante el sistema cerrado que el conjunto incorpora, que no es hermético, es de bajo coste y escalable, se puede alcanzar una densidad de cultivo (litros/m2) igual o mayor que el sistema de estanques con una superficie de iluminación tres veces mayor.Through the closed system that the set incorporates, which is not hermetic, is low cost and scalable, it is possible to achieve a culture density (litres/m 2 ) equal to or greater than the system of ponds with a lighting surface three times greater .
Por último, el soporte del conjunto consiste en una estructura metálica con patas y una barra longitudinal en la zona media, que soporta la lámina de cristal de PVC flexible y la divide, con una forma cilíndrica semiesférica; siendo que cada unidad superior de agrupación a partir de un fotobiorreactor está controlada por un programador, lo que le permite ser escalable, mediante la agrupación modular de fotobiorreactores. Esto es, lo fotobiorreactores se pueden conectar entre sí, en serie o en paralelo, y agrupar en sectores, de forma que cada unidad superior de agrupación a partir de un fotobiorreactor está controlada por el indicado programador.Finally, the support for the assembly consists of a metal structure with legs and a longitudinal bar in the middle, which supports the flexible PVC glass sheet and divides it, with a hemispherical cylindrical shape; being that each upper grouping unit from a photobioreactor is controlled by a programmer, which allows it to be scalable, through the modular grouping of photobioreactors. That is, the photobioreactors can be connected to each other, in series or in parallel, and grouped in sectors, so that each higher grouping unit from a photobioreactor is controlled by the indicated programmer.
Descripción de los dibujosDescription of the drawings
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that will be made below and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred example of its practical embodiment, a set of drawings is attached as an integral part of said description. where, by way of illustration and not limitation, the following has been represented:
Figura 1.- Vista en perspectiva de la estructura metálica con patas y una barra longitudinal en la zona media.Figure 1.- Perspective view of the metal structure with legs and a longitudinal bar in the middle area.
Figura 2.- Vista en perspectiva del montaje de los fotobiorreactores para cultivo de microalgas. Figura 3.- Vista en perspectiva del montaje de los fotobiorreactores para cultivo de microalgas, con cuadro en el que inserta sistema eléctrico, sensores de CO2, temperatura, pH y conductividad.Figure 2.- Perspective view of the assembly of the photobioreactors for microalgae cultivation. Figure 3.- Perspective view of the assembly of the photobioreactors for microalgae cultivation, with a frame in which the electrical system, CO 2 , temperature, pH and conductivity sensors are inserted.
Figura 4.- Vista en perspectiva de los fotobiorreactores para cultivo de microalgas.Figure 4.- Perspective view of the photobioreactors for microalgae cultivation.
En las citadas figuras se pueden destacar los siguientes elementos constituyentes:In the aforementioned figures, the following constituent elements can be highlighted:
1. Cubetas.1. Buckets.
2. Cuadro en el que se inserta sensores de CO2, temperatura, pH y conductividad.2. Panel in which CO 2 , temperature, pH and conductivity sensors are inserted.
3. Tubo de burbujeo.3. Bubble tube.
Realización preferente de la invenciónPreferred embodiment of the invention
A modo de realización preferente de la invención, los fotobiorreactores para cultivo de microalgas está provista de un conjunto de fotobiorreactores, cada uno de los cuales está constituido por dos cubetas (1) semiesféricas transparentes flexibles, tapados con una tapadera superior cóncava flexible de cristal de PVC de 600 micras, que deja una cámara de aire entre el cultivo y la tapadera. As a preferred embodiment of the invention, the photobioreactors for growing microalgae are provided with a set of photobioreactors, each of which is made up of two flexible transparent hemispherical buckets (1), covered with a flexible concave top cover made of glass. 600 micron PVC, which leaves an air chamber between the crop and the lid.
Los fotobiorreactores para cultivo de microalgas incorpora, además, un cuadro en el que se insertan sensores de CO2, temperatura, pH, y conductividad (2), que se disponen longitudinalmente, y en paralelo, a la base de cada una de las cubetas en la zona media del cultivo.Photobioreactors for microalgae cultivation also incorporate a frame in which CO 2 , temperature, pH, and conductivity sensors (2) are inserted, which are arranged longitudinally, and in parallel, at the base of each of the buckets. in the middle zone of the crop.
Cada cubeta tiene una entrada para el medio de cultivo y otra donde se incorporan los sensores de CO2, temperatura, pH, y conductividad, además de una salida para el cultivo generado a partir del crecimiento de las microalgas. En el conjunto donde se ubican los sensores de CO2, temperatura, pH, y conductividad se dispone de una luz de tales características, que permite el crecimiento de las microalgas en condiciones de pocas horas de luz o luz de baja intensidad en el exterior.Each bucket has an inlet for the culture medium and another where the CO 2 , temperature, pH, and conductivity sensors are incorporated, as well as an outlet for the culture generated from the growth of microalgae. In the set where the CO 2 , temperature, pH, and conductivity sensors are located, there is a light with such characteristics, which allows the growth of microalgae in conditions of few hours of light or low intensity light outside.
El agua utilizada en el cultivo (residual o fertilizada) se vierte directamente en el fotobiorreactor, sin necesidad de cubetas previas de almacenamiento de aguas. En el momento óptimo del cultivo para su uso como fertilizante, una bomba inyectora ubicada en el interior de la cubeta, permitirá la salida del producto a presión constante.The water used in the crop (residual or fertilized) is poured directly into the photobioreactor, without the need for previous water storage tanks. At the optimal moment of the crop for its use as a fertilizer, an injection pump located inside the bucket will allow the output of the product at constant pressure.
Los fotobiorreactores para cultivo de microalgas incorporan, por último, un circuito de aireación, mediante un tubo de burbujeo (3), que se conecta a una cámara de aire de temperatura controlada, además de la entrada de CO2 al sistema y una mínima regulación de la temperatura, ya que se produce una entrada de aire a temperatura estándar para el cultivo, permitiendo bajar la temperatura del medio de líquido del cultivo en situaciones de alta temperatura y subirla cuando sea muy baja, ayudando a mantener las condiciones idóneas para el crecimiento de las microalgas y favoreciendo la descontaminación de las aguas procedentes de la agroindustria. Dicho circuito de aireación incorpora, además, un compresor, que impulsa el aire exterior hacia el fondo de las cámaras de cultivo y hacia el exterior en forma de burbuja, a través de unos difusores. La regulación de este circuito de aireación es independiente del control del programador, que luego se indicará.Lastly, the photobioreactors for microalgae cultivation incorporate an aeration circuit, by means of a bubble tube (3), which is connected to a temperature-controlled air chamber, in addition to the CO 2 input to the system and a minimum regulation of temperature, since an air intake is produced at a standard temperature for the culture, allowing the temperature of the liquid culture medium to be lowered in situations of high temperature and raised when it is very low, helping to maintain the ideal conditions for growth microalgae and favoring the decontamination of water from agribusiness. Said aeration circuit also incorporates a compressor, which drives the external air towards the bottom of the cultivation chambers and towards the outside in the form of a bubble, through diffusers. The regulation of this aeration circuit is independent of the control of the programmer, which will be indicated later.
El soporte del conjunto consiste en una estructura metálica con patas y una barra longitudinal en la zona media que soporta la lámina de cristal de PVC flexible y la divide (según se ve en la Figura 2), adquiriendo la forma cilíndrica semiesférica, dando gran estabilidad al sistema. La sencillez de la estructura, tanto el soporte metálico, como la lámina flexible y la tapadera, facilita la transportabilidad del conjunto.The assembly support consists of a metal structure with legs and a longitudinal bar in the middle area that supports the flexible PVC glass sheet and divides it (as seen in Figure 2), acquiring a hemispherical cylindrical shape, providing great stability. To the system. The simplicity of the structure, both the metal support, as well as the flexible sheet and the lid, facilitates the transportability of the whole.
Los fotobiorreactores se pueden conectar, entre sí en serie o en paralelo, y agrupar en sectores, de forma que cada unidad superior de agrupación a partir de un fotobiorreactor está controlada por un programador.The photobioreactors can be connected to each other in series or in parallel, and grouped in sectors, so that each upper unit of grouping from a photobioreactor is controlled by a programmer.
No se considera necesario, hacer más extensa esta descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el alcance de la invención y las ventajas que de la misma se derivan en sus diferentes aplicaciones. Los materiales empleados en la fabricación de las diferentes que lo integran incluidos los elementos de fijación, sus dimensiones, formas o diseños serán susceptibles de variación siempre y cuando ello no suponga una alteración en la esencialidad del invento. Los términos en los que se ha descrito la memoria han de entenderse en sentido amplio y no limitativo. It is not considered necessary to make this description more extensive so that any person skilled in the art understands the scope of the invention and the advantages derived from it in its different applications. The materials used in the manufacture of the different parts that make it up, including the fixing elements, their dimensions, shapes or designs will be subject to variation as long as this does not imply an alteration in the essence of the invention. The terms in which the memory has been described are to be understood in a broad and non-limiting sense.
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