ES2974382B2 - CLEANING DEVICE FOR MICROALGAE CULTURE PHOTOBIOREACTORS, METHOD AND ASSOCIATED USE - Google Patents
CLEANING DEVICE FOR MICROALGAE CULTURE PHOTOBIOREACTORS, METHOD AND ASSOCIATED USEInfo
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Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
DISPOSITIVO DE LIMPIEZA PARA FOTOBIORREACTORES DE CULTIVO DECLEANING DEVICE FOR PHOTOBIOREACTORS FOR CULTURE OF
MICROALGAS, MÉTODO Y USO ASOCIADOMICROALGAE, METHOD AND ASSOCIATED USE
CAMPO DE LA INVENCIÓNFIELD OF INVENTION
La presente invención se enmarca en el campo de la producción de microalgas. Más concretamente, el objeto de la invención se refiere a un dispositivo de limpieza de material de desecho apto para su uso en fotobiorreactores abiertos para el cultivo masivo de estos microorganismos fotosintéticos, al método de limpieza utilizando dicho dispositivo, y al uso asociado al mismo. The present invention relates to the field of microalgae production. More specifically, the object of the invention relates to a device for cleaning waste material suitable for use in open photobioreactors for the mass cultivation of these photosynthetic microorganisms, to the cleaning method using said device, and to the use associated with it.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
Las microalgas son microorganismos unicelulares fotosintéticos con una eficiencia hasta cuatro veces superior a la de las plantas en la generación de materia orgánica (‘biomasa’) a partir de energía solar. Además, son altamente eficientes en la fijación del dióxido de carbono (CO2) atmosférico, disminuyendo las emisiones de gases de efecto invernadero. En los últimos años la producción masiva de estos microorganismos ha despertado un creciente interés debido a su rápida tasa de reproducción (1-10 días), alto contenido lipídico (más del 50% en peso en algunos casos) y bajos requerimientos de sustrato y espacio para su cultivo. Entre sus aplicaciones industriales cabe destacar la producción de biocombustibles, biofertilizantes, biocompuestos (ácidos grasos, pigmentos, vitaminas, antibióticos, productos farmacéuticos, etc.), nutracéuticos, y piensos para ganado y acuicultura, la depuración de aguas residuales, la absorción de CO2, y la cosmética sostenible. Microalgae are photosynthetic unicellular microorganisms that are up to four times more efficient than plants in generating organic matter ('biomass') from solar energy. They are also highly efficient in fixing atmospheric carbon dioxide (CO2), reducing greenhouse gas emissions. In recent years, the mass production of these microorganisms has sparked growing interest due to their rapid reproduction rate (1-10 days), high lipid content (over 50% by weight in some cases) and low substrate and space requirements for their cultivation. Their industrial applications include the production of biofuels, biofertilizers, biocompounds (fatty acids, pigments, vitamins, antibiotics, pharmaceuticals, etc.), nutraceuticals, and feed for livestock and aquaculture, wastewater treatment, CO2 absorption, and sustainable cosmetics.
Los sistemas de cultivo abiertos o estanques (OPS, del inglés“Open Pond System”),con una profundidad de unos 20 a 50 cm y una superficie máxima de 10.000 m2, son los más comunes para la producción comercial de microalgas al requerir una menor inversión, mantenimiento y consumo energético que los fotobiorreactores cerrados. Actualmente, el OPS más utilizado es el fotobiorreactor tipo‘raceway1,formado por canales de hormigón ovalados donde el cultivo se recircula y mezcla mediante un sistema de agitación (palas, propulsores, bombas de aire, etc.) para favorecer la estabilización del crecimiento y productividad de las microalgas. La mayor desventaja de estos sistemas es la facilidad de contaminación del cultivo al estar en contacto directo con la atmósfera, ya sea por proliferación de bacterias, presencia de insectos, o restos de plástico o vegetación arrastrados por el viento, las aves o la acción humana. Ello afecta a la calidad de la biomasa, así como a la seguridad de operación del sistema por problemas mecánicos derivados de obturaciones o atranques. Open pond systems (OPS), with a depth of about 20 to 50 cm and a maximum surface area of 10,000 m2, are the most common for the commercial production of microalgae, as they require less investment, maintenance and energy consumption than closed photobioreactors. Currently, the most widely used OPS is the raceway1 type photobioreactor, made up of oval concrete channels where the culture is recirculated and mixed by means of an agitation system (blades, propellers, air pumps, etc.) to promote the stabilization of the growth and productivity of the microalgae. The greatest disadvantage of these systems is the ease of contamination of the culture by being in direct contact with the atmosphere, either by the proliferation of bacteria, the presence of insects, or plastic or vegetation remains carried by the wind, birds or human action. This affects the quality of the biomass, as well as the operational safety of the system due to mechanical problems derived from blockages or obstructions.
Una forma de minimizar estos problemas de contaminación consiste en la instalación de cubiertas transparentes, generalmente de plástico. Sin embargo, su uso repercute negativamente en la cantidad de radiación solar incidente en el cultivo y provoca una mayor desorción de oxígeno y una reducción de la evaporación de agua, ocasionando el sobrecalentamiento del cultivo y, en consecuencia, una reducción de la productividad. One way to minimize these pollution problems is to install transparent covers, usually made of plastic. However, their use has a negative impact on the amount of solar radiation incident on the crop and causes greater oxygen desorption and a reduction in water evaporation, causing the crop to overheat and, consequently, a reduction in productivity.
Como alternativa a estas cubiertas, se emplean mallas anti-insectos, las cuales permiten el flujo de aire a la vez que impiden la entrada de insectos portadores de enfermedades. No obstante, la necesidad de estructuras de soporte y una limpieza periódica supone un encarecimiento de la instalación del reactor y una elevada mano de obra. As an alternative to these covers, insect-proof nets are used, which allow air flow while preventing the entry of disease-carrying insects. However, the need for support structures and periodic cleaning means that the installation of the reactor is more expensive and requires a high level of labour.
La limpieza manual de los cultivos de microalgas mediante mallas de filtración de diversos tamaños es habitualmente la estrategia más utilizada, aunque, al igual que las mallas anti-insectos, requiere de una elevada mano de obra, sobre todo en el caso de instalaciones industriales de gran tamaño. Manual cleaning of microalgae cultures using filter meshes of various sizes is usually the most commonly used strategy, although, like anti-insect meshes, it requires a high level of labour, especially in the case of large industrial facilities.
La presente invención propone una solución a las limitaciones mencionadas anteriormente mediante un novedoso dispositivo de limpieza para fotobiorreactores abiertos destinados al cultivo de microalgas que permite una limpieza en continuo del cultivo, sin necesidad de mano de obra y con un mínimo consumo de energía y coste. The present invention proposes a solution to the limitations mentioned above through a novel cleaning device for open photobioreactors intended for the cultivation of microalgae that allows continuous cleaning of the culture, without the need for labor and with minimal energy consumption and cost.
DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓNBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
A la luz de los problemas del estado de la técnica expuestos en la sección anterior, un primer objeto de la presente invención se refiere a un dispositivo de limpieza de material de desecho, apto para su uso en fotobiorreactores abiertos de cultivo de microalgas, que permite una limpieza en continuo del cultivo, sin necesidad de mano de obra y con un mínimo consumo de energía y coste (de aquí en adelante, “dispositivo de la invención”). Ventajosamente, el dispositivo de la invención comprende: In light of the problems of the state of the art set out in the previous section, a first object of the present invention relates to a device for cleaning waste material, suitable for use in open photobioreactors for microalgae cultivation, which allows continuous cleaning of the culture, without the need for manpower and with minimum energy consumption and cost (hereinafter, "device of the invention"). Advantageously, the device of the invention comprises:
- un transportador, adaptado para disponerse parcialmente en el interior de un cultivo de microalgas y que comprende, a su vez: - a conveyor, adapted to be placed partially inside a microalgae culture and comprising:
- una malla equipada con una pluralidad de orificios; - a mesh equipped with a plurality of holes;
- al menos un rodillo de tracción conectado a la malla; y, - at least one traction roller connected to the mesh; and,
- unos medios de accionamiento conectados al rodillo de tracción; donde los medios de accionamiento están configurados para hacer girar el rodillo de tracción y, en consecuencia, desplazar la malla respecto a dicho rodillo, arrastrando material de desecho desde el interior del cultivo de microalgas al exterior del mismo; y, - drive means connected to the traction roller; where the drive means are configured to rotate the traction roller and, consequently, move the mesh relative to said roller, dragging waste material from the inside of the microalgae culture to the outside thereof; and,
- un elemento de retirada de material de desecho, dispuesto en cooperación con el transportador y configurado para retirar el material de desecho arrastrado por la malla durante su desplazamiento. Dicha cooperación se interpreta tanto bajo la posibilidad de que el elemento de retirada de material de desecho esté en contacto con el transportador, aunque sin impedir el movimiento de la malla respecto al rodillo, como bajo la posibilidad de que el elemento de retirada de material de desecho y el transportador estén separados una distancia, si bien dicha distancia será inferior al tamaño del material de desecho, de forma que éste pueda ser retirado adecuadamente por el elemento de retirada de material de desecho. - a waste material removal element, arranged in cooperation with the conveyor and configured to remove the waste material dragged by the mesh during its movement. Such cooperation is interpreted both under the possibility that the waste material removal element is in contact with the conveyor, although without impeding the movement of the mesh relative to the roller, and under the possibility that the waste material removal element and the conveyor are separated by a distance, although said distance will be less than the size of the waste material, so that it can be adequately removed by the waste material removal element.
Gracias a esta configuración, el dispositivo de la invención reduce los problemas de contaminación típicos de los cultivos de microalgas en fotobiorreactores abiertos, consiguiendo no sólo una operación más estable y segura del fotobiorreactor, sino una mejora de la calidad de la biomasa producida y de la estabilidad del cultivo, y un aumento de la productividad en hasta un 20%. Thanks to this configuration, the device of the invention reduces the contamination problems typical of microalgae cultures in open photobioreactors, achieving not only a more stable and safe operation of the photobioreactor, but also an improvement in the quality of the biomass produced and the stability of the culture, and an increase in productivity of up to 20%.
En el ámbito de interpretación de la presente invención, se entenderá por “microalga” cualquier microorganismo unicelular procariota o eucariota capaz de realizar fotosíntesis oxigénica. Por tanto, las cianobacterias se considerarán incluidas bajo dicho término en la presente invención. For the purposes of this invention, "microalgae" shall be understood as any unicellular prokaryotic or eukaryotic microorganism capable of performing oxygenic photosynthesis. Therefore, cyanobacteria shall be considered to be included under this term in this invention.
Asimismo, se entenderá por “malla” cualquier tejido resultante del entrecruzamiento de filamentos de metal, fibra de carbono u otro material flexible o dúctil que pueda ser sumergido en un fluido sin degradarse o corroerse, comprendiendo, por tanto, una pluralidad de orificios de cualquier geometría. Likewise, "mesh" shall be understood as any fabric resulting from the interweaving of metal filaments, carbon fiber or other flexible or ductile material that can be immersed in a fluid without degrading or corroding, therefore comprising a plurality of holes of any geometry.
Por último, se entenderá por "material de desecho” cualquier elemento contaminante de un cultivo de microalgas, como por ejemplo insectos muertos, caracoles, larvas, restos de plásticos o vegetación arrastrados por el viento, las aves o la acción humana hacia el interior del fotobiorreactor, e, incluso, parte de la biomasa floculada producida (normalmente menos eficiente o muerta) que circula por la parte baja del fotobiorreactor. Finally, "waste material" is understood to mean any contaminating element of a microalgae culture, such as dead insects, snails, larvae, plastic remains or vegetation carried by the wind, birds or human action into the photobioreactor, and even part of the flocculated biomass produced (normally less efficient or dead) that circulates through the lower part of the photobioreactor.
En una realización preferente del dispositivo de la invención, el transportador comprende una cinta transportadora. Dicha cinta comprende una malla en forma de banda que se desplaza entre dos rodillos de tracción. In a preferred embodiment of the device of the invention, the conveyor comprises a conveyor belt. Said belt comprises a mesh in the form of a band that moves between two traction rollers.
En otra realización preferente del dispositivo de la invención, la malla comprende orificios con un diámetro entre 1 y 10 mm. Así, se garantiza que cualquier tipo de los elementos contaminantes mencionados anteriormente sean arrastrados por la malla durante su desplazamiento sin alterar la biomasa producida. In another preferred embodiment of the device of the invention, the mesh comprises holes with a diameter between 1 and 10 mm. This ensures that any type of contaminating elements mentioned above are carried away by the mesh during its movement without altering the biomass produced.
En otra realización preferente del dispositivo de la invención, el elemento de retirada de material de desecho comprende un cepillo con una pluralidad de sectores helicoidales. De esta manera, una parte del cepillo siempre permanece en contacto con la superficie de la malla que se está limpiando, actuando de forma continua y sin sacudidas. Además, la distancia entre los sectores del cepillo permite la retirada total del material de desecho arrastrado por la malla y evita cualquier posibilidad de obstrucción del cepillo o del rodillo de tracción, lo cual provocaría deterioro y daños en la malla. In another preferred embodiment of the device of the invention, the waste material removal element comprises a brush with a plurality of helical sectors. In this way, a part of the brush always remains in contact with the surface of the mesh being cleaned, acting continuously and without jolts. Furthermore, the distance between the sectors of the brush allows the total removal of the waste material dragged by the mesh and prevents any possibility of obstruction of the brush or the traction roller, which would cause deterioration and damage to the mesh.
En otra realización preferente del dispositivo de la invención, el transportador comprende unos medios de soporte. Más preferentemente, dichos medios de soporte tienen una altura variable. De esta manera, la malla puede arrastrar material de desecho presente en el cultivo de microalgas no sólo a nivel superficial sino también a diferentes profundidades del mismo. In another preferred embodiment of the device of the invention, the conveyor comprises support means. More preferably, said support means have a variable height. In this way, the mesh can drag waste material present in the microalgae culture not only at a surface level but also at different depths thereof.
En otra realización preferente del dispositivo de la invención, dicho dispositivo comprende unos medios secundarios de accionamiento conectados al elemento de retirada de material de desecho. Preferentemente, los medios de accionamiento y/o los medios secundarios de accionamiento comprenden medios de accionamiento automático y, más preferentemente, comprenden un motor eléctrico con reductora para ajustar la velocidad de giro del rodillo de tracción y/o del elemento de retirada de material de desecho. In another preferred embodiment of the device of the invention, said device comprises secondary drive means connected to the waste material removal element. Preferably, the drive means and/or the secondary drive means comprise automatic drive means and, more preferably, they comprise an electric motor with a reducer to adjust the rotation speed of the traction roller and/or the waste material removal element.
En otra realización preferente del dispositivo de la invención, dicho dispositivo comprende, adicionalmente, un contenedor de material de desecho, conectado al elemento de retirada de material de desecho, para almacenar el material de desecho retirado de la malla mediante dicho elemento de retirada de material de desecho. In another preferred embodiment of the device of the invention, said device additionally comprises a waste material container, connected to the waste material removal element, for storing the waste material removed from the mesh by said waste material removal element.
Un segundo objeto de la presente invención se refiere a un método de limpieza de material de desecho para fotobiorreactores abiertos de cultivo de microalgas mediante un dispositivo según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento (de aquí en adelante, "método de la invención”). Ventajosamente, el método de la invención comprende la realización de las siguientes etapas en cualquier orden técnicamente posible: A second object of the present invention relates to a method of cleaning waste material for open microalgae cultivation photobioreactors by means of a device according to any of the embodiments described herein (hereinafter, “method of the invention”). Advantageously, the method of the invention comprises carrying out the following steps in any technically possible order:
- disponer el transportador en el interior de un fotobiorreactor de manera que esté parcialmente sumergido en un cultivo de microalgas; - place the carrier inside a photobioreactor so that it is partially submerged in a microalgae culture;
- arrastrar material de desecho desde el interior al exterior del cultivo de microalgas, haciendo girar el rodillo de tracción mediante los medios de accionamiento y, en consecuencia, desplazando la malla respecto al rodillo de tracción; - drag waste material from the inside to the outside of the microalgae culture, by rotating the traction roller by means of the drive means and, consequently, displacing the mesh relative to the traction roller;
- retirar el material de desecho arrastrado por la malla durante su desplazamiento mediante el elemento de retirada de material de desecho. - remove the waste material dragged by the mesh during its movement using the waste material removal element.
En una realización preferente del método de la invención, el rodillo de tracción se hace girar mediante los medios de accionamiento, preferentemente un motor eléctrico con reductora, de tal manera que la malla se desplaza respecto al rodillo de tracción a una velocidad igual o inferior a 0.5 m/s. Esta velocidad permite minimizar la pérdida de carga de material de desecho durante el desplazamiento de la malla y facilitar su retirada mediante el elemento de retirada de material de desecho con la suficiente frecuencia como para evitar que dicho material se seque y quede adherido de forma irreversible a la malla. In a preferred embodiment of the method of the invention, the traction roller is rotated by means of the drive means, preferably an electric motor with a reducer, such that the mesh moves relative to the traction roller at a speed equal to or less than 0.5 m/s. This speed makes it possible to minimize the loss of load of waste material during the movement of the mesh and to facilitate its removal by means of the waste material removal element with sufficient frequency to prevent said material from drying out and becoming irreversibly adhered to the mesh.
En otra realización preferente del método de la invención, el elemento de retirada de material de desecho se hace girar a una velocidad igual o superior a 5 rpm mediante unos medios secundarios de accionamiento, preferentemente un motor eléctrico con reductora, para retirar el material de desecho arrastrado por la malla durante su desplazamiento antes de que este se seque y quede adherido irreversiblemente a la malla. Así, el dispositivo de la invención permite una limpieza automática y en continuo del cultivo de microalgas, sin requerir mano de obra para su operación. In another preferred embodiment of the method of the invention, the waste material removal element is rotated at a speed equal to or greater than 5 rpm by means of secondary drive means, preferably an electric motor with a reducer, to remove the waste material dragged by the mesh during its movement before it dries and becomes irreversibly adhered to the mesh. Thus, the device of the invention allows automatic and continuous cleaning of the microalgae culture, without requiring labor for its operation.
En otra realización preferente del método de la invención, dicho método comprende adicionalmente ajustar la altura de los medios de soporte. De esta manera, la malla arrastra el material de desecho presente en el cultivo de microalgas a diferentes profundidades del mismo. In another preferred embodiment of the method of the invention, said method additionally comprises adjusting the height of the support means. In this way, the mesh drags the waste material present in the microalgae culture at different depths thereof.
En otra realización preferente del método de la invención, dicho método comprende adicionalmente: In another preferred embodiment of the method of the invention, said method additionally comprises:
- almacenar el material de desecho retirado por el elemento de retirada de material de desecho en un contenedor de material de desecho; y/o - store the waste material removed by the waste material removal element in a waste material container; and/or
- reciclar el material de desecho retirado por el elemento de retirada de material de desecho. - recycle the waste material removed by the waste material removal element.
Un tercer objeto de la presente invención se refiere al uso de un dispositivo según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento para la limpieza de fotobiorreactores abiertos destinados al cultivo de microalgas. A third object of the present invention relates to the use of a device according to any of the embodiments described herein for cleaning open photobioreactors intended for the cultivation of microalgae.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASDESCRIPTION OF FIGURES
La Figura 1 muestra una vista en perspectiva isométrica del dispositivo de la invención en una de sus realizaciones preferentes, donde dicho dispositivo comprende una cinta transportadora como transportador. Dicha cinta comprende a su vez una malla en forma de banda que se mueve entre dos rodillos de tracción a una velocidad ajustable. Figure 1 shows an isometric perspective view of the device of the invention in one of its preferred embodiments, where said device comprises a conveyor belt as a conveyor. Said belt comprises in turn a band-shaped mesh that moves between two traction rollers at an adjustable speed.
Las Figuras 2a y 2b muestran varias vistas en perspectiva isométrica del dispositivo de la invención en otra de sus realizaciones preferentes. La malla del transportador no aparece representada para facilitar la visualización de los rodillos de tracción, así como del cepillo helicoidal como elemento de retirada de material de desecho. Figures 2a and 2b show several isometric perspective views of the device of the invention in another of its preferred embodiments. The conveyor mesh is not shown to facilitate the visualization of the traction rollers, as well as the helical brush as an element for removing waste material.
REFERENCIAS NUMÉRICAS UTILIZADAS EN LAS FIGURASNUMERICAL REFERENCES USED IN FIGURES
Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características técnicas de la invención, la citada figura se acompaña de una serie de referencias numéricas donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se representa lo siguiente: In order to assist in a better understanding of the technical characteristics of the invention, the aforementioned figure is accompanied by a series of numerical references where, for illustrative and non-limiting purposes, the following is represented:
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Como se ha descrito en secciones anteriores, la presente invención se refiere, en primer lugar, a un dispositivo de limpieza automática de cultivos de microalgas desarrollados en fotobiorreactores abiertos para eliminar material de desecho que supere un cierto tamaño. En concreto, el dispositivo de la invención comprende: As described in previous sections, the present invention relates, firstly, to a device for automatic cleaning of microalgae cultures developed in open photobioreactors to remove waste material exceeding a certain size. Specifically, the device of the invention comprises:
- un transportador (1), adaptado para disponerse parcialmente en el interior de un cultivo de microalgas y que comprende, a su vez: - a conveyor (1), adapted to be partially arranged inside a microalgae culture and comprising, in turn:
- una malla (2) equipada con una pluralidad de orificios, preferentemente con un diámetro entre 1-10 mm; - a mesh (2) equipped with a plurality of holes, preferably with a diameter between 1-10 mm;
- al menos un rodillo (3) de tracción conectado a la malla (2); y, - at least one traction roller (3) connected to the mesh (2); and,
- unos medios (4) de accionamiento conectados al rodillo (3) de tracción, preferentemente, un motor eléctrico con reductora; donde los medios (4) de accionamiento están configurados para hacer girar el rodillo (3) de tracción y, en consecuencia, desplazar la malla (2) respecto al rodillo (3) de tracción, arrastrando material de desecho desde el interior del cultivo de microalgas hacia el exterior del mismo; y, - drive means (4) connected to the traction roller (3), preferably an electric motor with a reduction gear; where the drive means (4) are configured to rotate the traction roller (3) and, consequently, move the mesh (2) relative to the traction roller (3), dragging waste material from the inside of the microalgae culture towards the outside thereof; and,
- un elemento (5) de retirada de material de desecho, dispuesto en cooperación con el transportador (1) y configurado para retirar el material de desecho arrastrado por la malla (2) durante su desplazamiento. - a waste material removal element (5), arranged in cooperation with the conveyor (1) and configured to remove the waste material dragged by the mesh (2) during its movement.
Gracias a esta configuración, el dispositivo de la invención permite una limpieza automática y en continuo de los cultivos de microalgas realizados en este tipo de fotobiorreactores, con un mínimo consumo de energía y coste al no requerir infraestructura ni mano de obra para su operación. Además, es independiente de la especie de microalga que se desee producir o su estado (libre o floculado), así como del reactor (“raceway” o de capa fina) o de la aplicación de la biomasa producida (consumo humano y/o animal, tratamiento de aguas residuales, biocombustibles, etc.), siendo el tamaño de partícula y la velocidad de retirada del material de desecho seleccionable para cada caso concreto. Como se ha descrito anteriormente, en la presente invención se entenderá por "material de desecho” cualquier elemento contaminante del cultivo de microalgas; esto es, insectos muertos, caracoles, larvas, restos de plásticos o vegetación arrastrados por el viento, las aves o la acción humana hacia el interior del fotobiorreactor, e, incluso, parte de la biomasa floculada producida (normalmente menos eficiente o muerta) que circula por la parte baja del reactor. Thanks to this configuration, the device of the invention allows automatic and continuous cleaning of microalgae cultures carried out in this type of photobioreactor, with minimum energy consumption and cost, as it does not require infrastructure or labour for its operation. In addition, it is independent of the species of microalgae to be produced or its state (free or flocculated), as well as the reactor (“raceway” or thin layer) or the application of the biomass produced (human and/or animal consumption, wastewater treatment, biofuels, etc.), with the particle size and the speed of removal of the waste material being selectable for each specific case. As described above, in the present invention "waste material" will be understood as any contaminating element of the microalgae culture; that is, dead insects, snails, larvae, remains of plastics or vegetation carried by the wind, birds or human action towards the interior of the photobioreactor, and even part of the flocculated biomass produced (normally less efficient or dead) that circulates through the lower part of the reactor.
La retirada de este tipo de materiales de desecho reduce los problemas de contaminación típicos de cultivos de microalgas desarrollados en reactores abiertos al estar en contacto directo con la atmósfera, mejorando no sólo la estabilidad y seguridad de operación del fotobiorreactor al reducirse los problemas mecánicos derivados de obturaciones o atranques, sino también la calidad de la biomasa producida, la estabilidad del cultivo y la productividad (en hasta un 20%). The removal of this type of waste material reduces the contamination problems typical of microalgae cultures developed in open reactors as they are in direct contact with the atmosphere, improving not only the stability and safety of the photobioreactor operation by reducing mechanical problems derived from obstructions or blockages, but also the quality of the biomass produced, the stability of the culture and productivity (by up to 20%).
El transportador (1), preferentemente una cinta transportadora, comprende una malla (2) en forma de banda que se desplaza entre dos rodillos (3) de tracción. El ancho de la malla es variable, pero siempre inferior al del canal del reactor abierto que se desea limpiar para poder disponer el transportador (1) en el interior del mismo. Opcionalmente, el transportador (1) puede comprender unos medios (6) de soporte con altura variable, de manera que la malla (2) pueda arrastrar material de desecho presente en el cultivo de microalgas no sólo a nivel superficial sino también a diferentes profundidades del mismo (Fig. 1). The conveyor (1), preferably a conveyor belt, comprises a mesh (2) in the form of a band which moves between two traction rollers (3). The width of the mesh is variable, but always less than that of the open reactor channel to be cleaned in order to be able to place the conveyor (1) inside it. Optionally, the conveyor (1) may comprise support means (6) with variable height, so that the mesh (2) can drag waste material present in the microalgae culture not only at a surface level but also at different depths thereof (Fig. 1).
El elemento (5) de retirada de material de desecho comprende, preferentemente, un cepillo de celdas semirrígas dipuestas de manera helicoidal para favorecer la retirada del material de desecho arrastrado por la malla (2) durante su desplazamiento (Figs. 2a y 2b). Opcionalmente, el elemento (5) de retirada de material de desecho puede estar conectado a unos medios (7) secundarios de accionamiento automático y, más preferentemente, a un motor eléctrico con reductora para controlar la velocidad de giro del elemento (5). The waste material removal element (5) preferably comprises a brush with semi-rigid cells arranged in a helical manner to promote the removal of the waste material dragged by the mesh (2) during its movement (Figs. 2a and 2b). Optionally, the waste material removal element (5) may be connected to secondary automatic drive means (7) and, more preferably, to an electric motor with a reducer to control the rotation speed of the element (5).
Adicionalmente, el dispositivo de la invención puede comprender un contenedor de material de desecho, conectado al elemento (5) de retirada de material de desecho, para almacenar el material de desecho retirado por dicho elemento (5). Additionally, the device of the invention may comprise a waste material container, connected to the waste material removal element (5), for storing the waste material removed by said element (5).
Un segundo objeto de la presente invención se refiere a un método de limpieza de material de desecho para fotobiorreactores abiertos de cultivo de microalgas mediante un dispositivo según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento. Ventajosamente, el método de la invención comprende la realización de las siguientes etapas en cualquier orden técnicamente posible: A second object of the present invention relates to a method of cleaning waste material for open microalgae cultivation photobioreactors by means of a device according to any of the embodiments described herein. Advantageously, the method of the invention comprises carrying out the following steps in any technically possible order:
- disponer el transportador (1) en el interior de un fotobiorreactor de manera que esté parcialmente sumergido en un cultivo de microalgas; - placing the carrier (1) inside a photobioreactor so that it is partially submerged in a microalgae culture;
- arrastrar material de desecho desde el interior al exterior del cultivo de microalgas, haciendo girar el rodillo (3) de tracción mediante los medios (4) de accionamiento y, en consecuencia, desplazando la malla (2) respecto al rodillo de tracción; - dragging waste material from the inside to the outside of the microalgae culture, by rotating the traction roller (3) by means of the drive means (4) and, consequently, displacing the mesh (2) relative to the traction roller;
- retirar el material de desecho arrastrado por la malla (2) durante su desplazamiento mediante el elemento (5) de retirada de material de desecho. - remove the waste material dragged by the mesh (2) during its movement using the waste material removal element (5).
En una realización preferente del método de la invención, el rodillo (3) de tracción se hace girar mediante los medios (4) de accionamiento de tal manera que la malla (2) se desplaza respecto al rodillo (3) de tracción a una velocidad igual o inferior a 0.5 m/s. Preferentemente, mediante un motor eléctrico con reductora. Esta velocidad permite minimizar la pérdida de carga de material de desecho durante el desplazamiento de la malla (2) y facilitar su retirada mediante el elemento (5) de retirada de material de desecho antes de que dicho material se seque y quede adherido irreversiblemente a la malla (2). In a preferred embodiment of the method of the invention, the traction roller (3) is rotated by means of the drive means (4) in such a way that the mesh (2) moves relative to the traction roller (3) at a speed equal to or less than 0.5 m/s. Preferably, by means of an electric motor with a reducer. This speed makes it possible to minimize the loss of load of waste material during the movement of the mesh (2) and to facilitate its removal by means of the waste material removal element (5) before said material dries and becomes irreversibly adhered to the mesh (2).
En otra realización preferente del método de la invención, el elemento (5) de retirada de material de desecho se hace girar a una velocidad igual o superior a 5 rpm mediante unos medios (7) secundarios de accionamiento para retirar el material de desecho arrastrado por la malla (2) durante su desplazamiento antes de que este se seque y quede adherido irreversiblemente a la malla (2); preferentemente, mediante un motor eléctrico con reductora. In another preferred embodiment of the method of the invention, the waste material removal element (5) is rotated at a speed equal to or greater than 5 rpm by means of secondary drive means (7) to remove the waste material dragged by the mesh (2) during its movement before it dries and becomes irreversibly adhered to the mesh (2); preferably, by means of an electric motor with a reducer.
En otra realización preferente del método de la invención, dicho método comprende adicionalmente ajustar la altura de los medios (6) de soporte para, así, arrastrar el material de desecho presente en el cultivo de microalgas a diferentes profundidades del mismo. In another preferred embodiment of the method of the invention, said method additionally comprises adjusting the height of the support means (6) to thus drag the waste material present in the microalgae culture to different depths thereof.
En otra realización preferente del método de la invención, dicho método comprende adicionalmente: In another preferred embodiment of the method of the invention, said method additionally comprises:
- almacenar el material de desecho retirado por el elemento (5) de retirada de material de desecho en un contenedor de material de desecho; y/o - store the waste material removed by the waste material removal element (5) in a waste material container; and/or
- reciclar el material de desecho retirado por el elemento (5) de retirada de material de desecho. - recycle the waste material removed by the waste material removal element (5).
Un tercer objeto de la presente invención se refiere al uso de un dispositivo según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento para la limpieza de fotobiorreactores abiertos destinados al cultivo de microalgas. A third object of the present invention relates to the use of a device according to any of the embodiments described herein for cleaning open photobioreactors intended for the cultivation of microalgae.
Ejemplo de realización Example of implementation
En un fotobiorreactor abierto tipo“raceway’de 100 m2 se instaló una realización preferente del dispositivo de la presente invención que se puso en marcha a las 9:00 AM. El transportador (1) del dispositivo comprendía una malla de 2 mm de paso de luz y 1 m de ancho, colocada desde la base del reactor a un ángulo de 45° respecto a la circulación del cultivo de microalgas. El rodillo (3) de tracción se hizo girar mediante los medios (4) de accionamiento de tal manera que la malla (2) se desplazaba respecto al rodillo (3) a una velocidad de 0.2 m/s. La velocidad de giro del elemento (5) de retirada de material de desecho (un cepillo de tipo helicoidal) fue de 5 rpm. A preferred embodiment of the device of the present invention was installed in an open “raceway” type photobioreactor of 100 m2 and started up at 9:00 AM. The conveyor (1) of the device comprised a mesh with a 2 mm light path and 1 m width, placed from the base of the reactor at an angle of 45° with respect to the circulation of the microalgae culture. The traction roller (3) was rotated by the drive means (4) such that the mesh (2) moved relative to the roller (3) at a speed of 0.2 m/s. The rotation speed of the waste material removal element (5) (a helical type brush) was 5 rpm.
Bajo estas condiciones y operando de manera continua durante 24 horas, el dispositivo de la invención recogió hasta 2 kg de material de desecho del cultivo de microalgas, incluyendo hojas, caracoles e insectos, lo que supuso un 95% del material de desecho presente en el biorreactor. El dispositivo consumió una potencia eléctrica de 250 W. Under these conditions and operating continuously for 24 hours, the device of the invention collected up to 2 kg of waste material from the microalgae culture, including leaves, snails and insects, which represented 95% of the waste material present in the bioreactor. The device consumed an electrical power of 250 W.
La utilización del dispositivo propuesto permitió eliminar los bloqueos de las palas de circulación del cultivo, la necesidad de limpieza periódica de las sondas de nivel y caudalímetro, así como mejoró las lecturas de los sensores de pH, oxígeno disuelto y temperatura instalados en el reactor. Más aún, se evitó la limpieza de la bomba de cosechado que se utiliza para la recolección de la biomasa del reactor. Por último, todos estos beneficios repercutieron en una mejora adicional de la productividad de biomasa, en más de un 20% en estado estacionario. Por tanto, el dispositivo de la invención permite no sólo una operación más estable y segura del fotobiorreactor abierto, sino también un aumento de la productividad y estabilidad del cultivo. The use of the proposed device made it possible to eliminate blockages in the culture circulation paddles, the need for periodic cleaning of the level and flowmeter probes, and improved the readings of the pH, dissolved oxygen and temperature sensors installed in the reactor. Furthermore, cleaning of the harvesting pump used to collect the biomass from the reactor was avoided. Finally, all these benefits resulted in a further improvement in biomass productivity, by more than 20% in steady state. Therefore, the device of the invention allows not only a more stable and safe operation of the open photobioreactor, but also an increase in the productivity and stability of the culture.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2974382 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20240626 |
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Ref document number: 2974382 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B2 Effective date: 20241111 |