PROCESO PARA LA PRODUCCION DE ENMIENDA EDAFICA DE ALGAS E INSTALACION DISENADA PARA TAL FIN
Campo tecnico de la invencion
La invencion se encuadra en el sector tecnico de los procesos de obtencion de sustancias bioestimulantes para el crecimiento de cultivos, mas concretamente en sustancias compuestas por algas y nutrientes procedentes de residuos.
Objeto de la invencion
La presente invencion tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a una instalacion y a un proceso para la production de enmienda edafica de algas.
El proceso de la invencion se destaca porque produce algas edaficas autoctonas de los suelos para utilizarlas como enmienda de los mismos suelos. Estas algas son previamente aisladas e identificadas de un suelo concreto, y posteriormente producidas en condiciones controladas dentro de un fotobiorreactor. La produccion de estas se realiza con la adicion de nutrientes provenientes de residuos e inyeccion de gases de efecto invernadero provenientes de combustiones y/o de fermentaciones aerobias y/o fermentaciones anaerobias. En el ambito de la presente memoria, se entiende como residuo todo efluente formado por solidos y/o liquidos resultantes de un proceso de trasformacion para la obtencion de un producto.
Se trata pues de revalorizar los nutrientes potenciales provenientes de residuos en forma de enmienda edafica, ademas de metabolizar algunos gases de efecto invernadero como el dioxido de carbono, oxidos de azufre u oxidos de nitrogeno, evitando asi los efectos perniciosos de su emision a la atmosfera.
Esta enmienda edafica obtenida del proceso, denominada asi a la aportacion que se realiza en suelos para mejorar las caracteristicas fisicas, quimicas y biologicas de los mismos normalmente con el fin de favorecer el desarrollo vegetal, constituye un producto nutritivo y bioestimulador para el crecimiento de los cultivos en el suelo donde se aplican. De esta
manera, se consigue aumentar la fertilidad de los suelos por medio del incremento de su actividad biologica, en concreto de las algas.
El proceso de production y la instalacion asociada al mismo permite ser integrada en cualquier fuente generadora de emisiones y/o de efluentes residuales, permitiendo ser una instalacion fija o movil segun la estacionalidad de las emisiones/efluentes.
Antecedentes de la invention
Por un lado, existe el problema del cambio climatico en el sector primario, y en concreto en la agricultura. La agricultura es generadora de Gases de Efecto Invernadero (GEI) , cuantificacion que se desarrolla por el calculo de la huella de carbono. En este sentido la actividad que genera una huella de carbono mas amplia en la agricultura, por lo general, es la fertilization nitrogenada, ya que en su fabrication demanda grandes insumos energeticos.
En este sentido, el desarrollo de nuevas tecnicas que contribuyan a establecer una agricultura sostenible esta siendo un punto de interes por empresas y la administration. En los ultimos 20 anos se han desarrollado nuevas tecnicas de agricultura de precision y conservation para disminuir materias e insumos energeticos. Tecnicas que constituyen medidas pasivas de mitigation de gases de efecto invernadero.
Por otro lado, la perdida de la fertilidad de los suelos ha sido provocada por las acciones antropogenicas que han menoscabado su diversidad biologica, y que han repercutido negativamente en la productividad de los cultivos que se desarrollan en ellos. Repercusion que se ha contrarrestado con la incorporation de mas insumos fertilizantes y fitosanitarios, estos ultimos para el control de nuevas enfermedades y plagas que han surgido de la perdida biologica del suelo. La incorporacion de estos insumos se traduce en un incremento significativo de la huella de carbono en estos cultivos, y se han venido justificando por el fin de obtener alimentos para una poblacion mundial creciente.
Esta biota edafica produce compuestos importantes para la fertilidad de los suelos y la productividad de los cultivos. Dentro de esta biota edafica conviene resaltar el papel de las cianobacterias que ademas de producir sustancias bioestimulantes como las demas algas, tienen la capacidad de fijar nitrogeno atmosferico. Tambien el efecto de estas algas en el suelo tiene ademas propiedades biopesticidas, por su control de microorganismos del suelo como son los hongos fitopatogenos.
En el ambito de sustancias o procesos que favorezcan la actividad biologica del suelo destacamos la patente US8246711 B2, que formula una mezcla de residuos ganaderos, previamente sometidos a un tratamiento para la transformation de estos a compuestos facilmente disponibles por la biota del suelo. Es posible complementar esta formula con micro-elementos y con microrganismos diversos: hongos, bacterias y algas.
Por otro lado, la solicitud de patente CN101781149 contempla la formulation de un biofertilizante formado por bacterias fotosinteticas entre otros, como hongos y compuestos organicos solubles.
En cambio la solicitud de patente JP2007054027, define la formulacion de un medio de cultivo para el crecimiento de algas por medio de cenizas volatiles de industrias.
En resumen, son estos documentos de patente referenciados, las formulas de compuestos fertilizantes que describen en los que se contempla el uso de residuos y de algunos microrganismos fotosinteticos. Es decir estos documentos desarrollan sustancias fertilizantes que tienen como objetivo mejorar favorecer el incremento de la biota en el suelo.
Con todo ello, nos encontramos con el reto de conseguir una enmienda favorecedora de biota edafica para el incremento de la fertilidad de los suelos, que contribuya a mitigar gases de efecto invernadero, que en si misma constituya una alternativa a la fertilization mineral y que la incorporation de esta enmienda atienda a la rentabilidad de las explotaciones agricolas susceptibles de incorporarla.
Con lo anterior, el reto de conjugar el incremento de fertilidad de los suelos, con la mitigation de gases de efecto invernadero, pasa por potenciar las especies de algas presentes en los suelos. Organismos que tienen la aptitud de fijar carbono en biomasa, constituyendo con ello un sumidero de carbono en los suelos. Unido a esto, algunas algas como son las procariotas llamadas cianobacterias, tienen la aptitud de fijar nitrogeno atmosferico, disponiendolo asi para los cultivos. Pero en el reto de como potenciar a las algas edaficas de forma viable y rentable, la solution pasa por cultivar estas especies fuera del suelo, en condiciones controladas y optimizadas, para posteriormente reintroducirlas y lograr con ello una mayor concentration en los mismos. Pero este cultivo debe satisfacer una rentabilidad que haga viable el procedimiento en una instalacion. Para el control y optimizacion del cultivo se deben proveer de los niveles de nutrientes adecuados: nitrogeno, 5
fosforo, potasio, etc. y de la concentration de gases adecuada: dioxido de carbono (CO2) principalmente. Estos nutrientes estan presentes en efluentes Kquidos y/o gaseosos que son tipificados de residuos. Por ello la incorporation de estos para el cultivo de las algas se postula con una solution en pro de una mayor rentabilidad del proceso de obtencion de la enmienda.
Como se ha indicado, un factor importante en el cultivo de las algas es controlar la correcta concentracion de CO2 en el medio de cultivo y ademas conjugar que el ratio CO2 consumido entre el CO2 inyectado sea maximo en pro de la rentabilidad del proceso y en que el cultivo de estas como enmienda edafica sea elemento mitigador de gases de efecto invernadero.
En este sentido, son varios los investigadores que han tratado de resolver esta cuestion por medio de distintas tecnologias. Cabe resenar el empleo de membranas desarrollado en las solicitudes de patente KR20120014387 y US 2011/0247262. Sus respectivos autores desarrollan una lamina donde se adhieren las microalgas de masas fluviales o marinas, consiguiendo asi una difusion de gases adecuada para las algas adheridas.
En cambio, en la solicitud de patente internacional WO2009/152175 se describe una bolsa porosa al CO2 donde se inyecta el gas para que este difunda al medio de cultivo con el que esta en contacto.
Tambien la patente ES2347515 B2 describe un proceso y un sistema mediante el cual se introduce el gas en el interior de un marco conformado por una malla permeable al agua y al gas, para que la lamina de agua que cae sobre ella conforme un sello hidraulico del gas.
Description de la invention
Con el fin de alcanzar los objetivos propuestos y superar los retos e inconvenientes mencionados en el apartado anterior, la invencion propone una instalacion y un proceso para la production de enmienda edafica de algas mediante dicha instalacion.
En definitiva, las algas susceptibles de ser producidas artificialmente son previamente aisladas del suelo en un inoculo e identificadas (caracterizadas) , para posteriormente ser cultivadas en un medio liquido dentro de un fotobiorreactor con la incorporacion de nutrientes procedentes de residuos y gases procedentes de combustion y/o de fermentaciones aerobias y/o anaerobias, hasta alcanzar la concentracion maxima de algas
en el medio Kquido para posteriormente extraerlas del fotobiorreactor y distribuirlas sobre los suelos de donde son autoctonas.
As^ el primer objeto de la invention consiste en un proceso de production de enmienda edafica de algas en un fotobiorreactor, que se caracteriza por que comprende al menos las siguientes etapas:
- introducir en el fotobiorreactor un inoculo de algas edaficas representativas de la
poblacion caracteristica de un suelo, previamente identificadas y aisladas;
- producir en agitation un medio de cultivo en el interior del fotobiorreactor a partir del inoculo de las algas edaficas autoctonas del suelo, agua y nutrientes compuestos por la fase soluble de residuos extraidos de un proceso de separation liquido-solido y/o un equipo de disolucion liquido-solido. Para ello, el medio de cultivo para la inoculation de la enmienda esta constituido por una concentration de 0, 0025 a 0, 15 gr de materia seca de algas por litro de fotobiorreactor, una concentracion de al menos 21, 26 mg/L de nitrogeno y de al menos 2, 96 mg/L de fosforo proveniente de la fase soluble de residuos. El volumen restante tras aplicar el inoculo de algas y la fase liquida de residuos se enrasa con agua; e
- inyectar gases procedentes de una combustion y/o de una fermentation aerobia y/o anaerobia, y controlar el grado de difusion de dicho gas al medio de cultivo por medio del control de la presion de los gases inyectados y la presion representativa de la columna del medio de cultivo sobre la parte inferior del fotobiorreactor, de tal forma que se activa la inyeccion cuando la presion de los gases inyectados es menor que la presion de la columna del medio de cultivo en la parte inferior del fotobiorreactor, hasta que se invierte la relacion.
El inoculo de algas esta formado por al menos una especie de alga contenido en el suelo del que se aisla e identifica, entendiendo como alga tanto las especies de eucariotas como procariotas (siendo las procariotas conocidas como cianobacterias).
El metodo puede partir de un inoculo de algas preparado, o por el contrario puede comprender una etapa previa de obtencion de muestra del suelo, de identification y aislamiento de las algas para preparar un inoculo.
La fuente de emision de los gases de combustion puede ser una fuente fija o movil.
Los nutrientes pueden ser preferiblemente, aunque esto no supone una limitation de la invention, la fase Kquida de un digestato (en torno a un 0, 4 g/Kg en nitrogeno) , fase Kquida de purines de ganado porcino (en torno a un 3 g/Kg en nitrogeno) , o los lixiviados de escorias y cenizas de procesos de combustion (en torno a un 5 g/Kg de nitrogeno y entorno a un 2 g/Kg de fosforo) , todos en forma disponible para el cultivo de las algas.
De forma paralela al llenado del fotobiorreactor con los elementos que constituyen el medio de cultivo, se activa la inyeccion de gases al interior del fotobiorreactor. Una vez llenado, el proceso dura hasta que la concentration de algas en el medio de cultivo no experimente incremento en dos dias consecutivos. Por ejemplo, el proceso no dura mas de 10 dias en condiciones de 12 horas de iluminacion a una radiation de 30 MJ/m2, para un policultivo de algas edaficas autoctonas muestreadas en 42° 30'43" N, 3° 47'42 W. Para el control de la evolution de la concentracion en el medio de cultivo, se recurren a tecnicas de analisis de turbidez. Como se ha dicho, la presion del gas en el interior del fotobiorreactor para conseguir un crecimiento del cultivo optimo se realiza comparando la presion de inyeccion y la presion de la columna del medio de cultivo en la parte inferior del fotobiorreactor. Dicha presion se suele medir normalmente mediante sensores de presion, de tal forma que se puede disponer de un sensor de presion a la entrada de gases y otra en la banda inferior perimetral del fotobiorreactor, representativa de la columna de presion del medio de cultivo en el fondo. En el caso mas preferido de todos, cuando la presion del gas de la entrada es 1, 5 veces menor que la presion de la columna de medio de cultivo, se enciende el equipo de inyeccion de gases hasta que la presion de gas es al menos 1, 5 veces mayor que la presion de la columna del medio de cultivo. De esta forma se consigue una difusion de gas optima (especialmente del gas de cultivo clave: el CO2) para el crecimiento del medio de cultivo.
La agitation del medio de cultivo en el interior del fotobiorreactor se produce por la propia difusion del gas en el mismo. Cuando dicha difusion no provoque una agitacion en un rango de 0, 10 a 0, 25 m/s, que se considera adecuada para un optimo del cultivo, en una realization preferida se agita el medio de cultivo complementariamente mediante unos medios de agitacion. En otra realizacion tambien preferida, esta agitacion es lograda haciendo recircular el medio de cultivo en el fotobiorreactor, de tal forma que se extrae una parte del medio de cultivo que se produce en el interior y se vuelve a introducir.
En una realizacion particular de la invencion, los gases procedentes de una combustion y/o de una fermentation aerobia y/o anaerobia se inyectan a una bolsa impermeable a los liquidos y porosa a los gases que esta contenida en el interior del fotobiorreactor. En este
caso, una de las presiones de los gases se mide en el interior de la mencionada bolsa, donde se alojaria uno de los sensores de presion. En este caso, el control del grado de difusion del gas al medio de cultivo se realiza de la siguiente forma: cuando la presion de gas en la bolsa es 1, 5 veces menor que la presion de la columna de medio de cultivo, se enciende el equipo de inyeccion de gases hasta que la presion es al menos 1, 5 veces mayor que la presion de la columna del medio de cultivo. De esta forma se consigue una difusion de gas optima para el crecimiento del medio de cultivo entra la bolsa y el medio de cultivo.
Una vez producido el cultivo de algas en el interior del fotobiorreactor, dicho cultivo puede emplearse como enmienda edafica al ser susceptible de introducirse en el suelo de origen, o en un suelo de caracteristicas fisico-quimicas similares, de tal forma que se incremente su actividad biologica y mejore en el el crecimiento de la vegetacion. Dicho cultivo o enmienda edafica de algas y obtenibles a partir del proceso descrito en una cualquiera de las variantes anteriores presenta una concentration de al menos 3, 80 gr de materia seca de algas por litro.
Por tanto, el metodo de la presente invention puede presentar una etapa adicional mediante la cual se extrae el cultivo de algas del fotobiorreactor, que puede denominarse en este caso de aplicacion concreta de la presente memoria "enmienda edafica", y se introduce en el suelo para mejorar su actividad biologica. O lo que es lo mismo: la presente invencion engloba asimismo un metodo para incrementar la actividad biologica de un suelo, que comprende introducir en el mismo la enmienda edafica de algas obtenida a partir del proceso descrito anteriormente, en cualquiera de sus variantes. Dicha introduction puede realizarse mediante tecnicas convencionales conocidas en el campo, aunque preferentemente se realiza por pulverization o aspersion, ya que el cultivo de algas obtenido es liquido. Para ello, pueden emplearse equipos de pulverizacion o aspersion que sean fijos o moviles respecto del suelo: instalaciones de riego o tractores pulverizadores.
Un segundo objeto de la presente invencion lo constituye una instalacion de production de un cultivo de algas disenada especialmente para llevar a cabo el proceso antes descrito de forma optima, que se caracteriza por que comprende:
- un fotobiorreactor de membrana flexible con al menos un frontal transparente para permitir el paso de la luz, y con al menos una entrada de liquidos, una entrada de gases, una salida de liquidos y una valvula purgadora de gases en su parte superior, cuyo interior esta disenado para alojar el medio de cultivo liquido constituido por el 5
inoculo de algas edaficas autoctonas extraido de un suelo, el agua y los nutrientes procedentes de residuos;
- un primer equipo de inyeccion, de Kquidos, para el inoculo, el agua y los nutrientes procedentes de residuos, conectable a la entrada de Kquidos del fotobiorreactor y a un equipo de separation liquido-solido y/o a un equipo de disolucion liquido-solido en los que se obtiene una fase liquida a partir de los residuos que contiene los nutrientes a inyectar en forma soluble;
- un segundo equipo de inyeccion, de gases de combustion y/o de fermentation anaerobia y/o aerobia, conectable a la entrada de gases del fotobiorreactor y a la vez a una bolsa de membrana impermeable al liquido y porosa a los gases ubicada en la parte inferior del interior de dicho fotobiorreactor, adosada a la membrana flexible del fotobiorreactor; y
- un sensor de presion alojado en el interior de la bolsa impermeable y porosa y un segundo sensor de presion en la banda inferior del fotobiorreactor adosado a la membrana flexible del fotobiorreactor, representativa de la columna de presion del medio de cultivo en el fondo.
El dispositivo se caracteriza por que el fotobiorreactor esta formado por una membrana flexible con al menos un frontal transparente ("cisterna") , preferentemente de material plastico con una primera entrada para el inoculo, el agua y los nutrientes, una valvula purgadora del aire formado por los gases que se producen en el interior del fotobiorreactor, que se encuentra ubicada en la parte superior de la membrana, y otra entrada para los gases que se inyectan. De este modo, el primer equipo de inyeccion de la instalacion se conecta a la primera entrada del fotobiorreactor, mientras que el segundo equipo de inyeccion de la instalacion se conecta a la segunda entrada del fotobiorreactor, que a su vez es una entrada de la bolsa porosa e impermeable que esta ubicada en la parte inferior de su interior.
Como ya se ha descrito, una caracteristica clave de la instalacion objeto de la invention es que el fotobiorreactor tiene alojada en su interior una bolsa porosa a los gases e impermeable al liquido, que se encuentra ubicada en la parte inferior del interior de la membrana flexible transparente. En esta bolsa de membrana se inyectan los gases, que van difundiendo al medio de cultivo con el que se encuentra en contacto. Estos gases acceden a la bolsa por medio de la segunda entrada del fotobiorreactor, mediante el segundo equipo de inyeccion del sistema, que es una conduction procedente de la fuente emisora de dichos
gases tal cual se ha definido (fija o movil, de combustion y/o de fermentacion anaerobia y/o aerobia) y una bomba de impulsion.
Se dispone de un sensor de presion en la bolsa porosa a los gases e impermeable a los Kquidos y otro adosado en la banda perimetral inferior de la membrana flexible del fotobiorreactor, representativa de la columna de presion del medio de cultivo, para poder comparar la presion de los gases en los dos espacios en los que la bolsa separa el interior del fotobiorreactor. Cuando la presion del gas de la bolsa es 1, 5 veces menor que la presion de la columna de medio de cultivo, se enciende el equipo de inyeccion de gases hasta que la presion de gas es al menos 1, 5 veces mayor que la presion de la columna de agua. De esta forma se consigue una difusion de gas optima en el medio de cultivo. Las senales de ambos sensores son centralizadas de forma inalambrica y/o alambrica en un controlador encargado de gobernar de forma automatica el funcionamiento del equipo de inyeccion de gases.
De manera preferida, los equipos de inyeccion de liquidos y de gases comprenden ademas una bomba de impulsion de los componentes que se introducen en el fotobiorreactor.
El fotobiorreactor comprende ademas una salida de liquidos, por la que se extrae la enmienda edafica cultivada. En una realization preferida, esta salida de liquidos esta conectada al equipo de inyeccion de liquidos al interior del fotobiorreactor, a fin de desarrollar una agitation adecuada en el medio de cultivo. En una realizacion preferida tambien, la salida de liquidos esta conectada a un conector de aspiration del equipo de inyeccion de liquidos, cuya funcion es evacuar del fotobiorreactor la enmienda edafica al equipo o dispositivo para su aplicacion en suelo.
Esta instalacion esta especialmente disenada para producir biomasa de algas de acuerdo con el proceso anteriormente descrito. De esta forma, se obtiene biomasa de algas y/o cianobacterias con multiples aplicaciones, aunque el objeto principal de la presente invention es el uso de dicho cultivo de algas y/o cianobacterias como enmienda edafica mediante su reintroduccion al suelo del que fue extraido, como se ha explicado anteriormente.
La instalacion comprende normalmente aunque no limitativamente un modulo de control del proceso de production de las algas y de alimentation electrica del sistema.
La presente instalacion y el metodo de production de cultivo de algas que se puede emplear como enmienda edafica presentan diferencias significativas con respecto a otras invenciones del campo tecnico. Concretamente, las diferencias mas relevantes del proceso de produccion de la enmienda edafica frente a las demas invenciones antes referenciadas se enumeran a continuation:
- la presente instalacion para producir enmienda edafica autoctona y poder asi incrementar la actividad biologica del suelo parte del aislamiento e identification de las especies de algas autoctonas del suelo, para posteriormente en condiciones controladas y optimizadas producir estas en alta concentration previo a su reincorporacion al propio suelo, al contrario que la patente US 8, 246, 711 que formula una sustancia generica para favorecer la actividad biologica en el suelo, cualquier suelo, en la que no se tiene en cuenta las propiedades espedficas del suelo a tratar y por tanto tampoco las del inoculo a partir del cual se produce la enmienda. Con la presente invention se actua directamente sobre un suelo concreto incrementando la poblacion de las algas que contribuyen de manera natural a su actividad biologica. En definitiva, la presente invencion no incorpora al suelo microorganismos no autoctonos, como formulan la patente US 8, 246, 711 y la solicitud de patente CN101781149.
- La presente invencion incrementa solo la poblacion de las algas bacterias del suelo susceptible de enmendar, al contrario de la solicitud de patente CN101781149 y de la patente US 8, 246, 711 que tienen como objeto todo tipo de organismos presentes en un suelo: bacterias, hongos y algas, por lo general, favoreciendo solo a los organismos fotosinteticos que incrementan el sumidero de carbono del suelo.
- A diferencia de la solicitud de patente JP2007054027, la presente invencion que nos ocupa no solo contempla obtener un medio de cultivo a partir de residuos de la combustion sino de cualquier tipo de residuo, que tras ser sometido al proceso de disolucion solido-liquido o separation solido-liquido se obtiene una fase liquida con nutrientes en forma asimilable para las algas.
- Al contrario de los documentos de patente mencionados, el presente desarrollo propone extraer las algas edaficas autoctonas y producirlas en condiciones controladas por medio de nutrientes residuales y emisiones de gases de efecto invernadero, transformandolos asi en biomasa biologica autoctona de los propios suelos.
En cuanto a la instalacion, en concreto el elemento clave que es la bolsa impermeable a los liquidos y porosa a los gases para lograr optimizar la concentracion de CO2 en el medio de cultivo:
- Frente a las solicitudes de patente KR20120014387 y US2011/0247262, la presente invention no tiene como objeto que las algas se adhieran a la membrana que constituye el fotobiorreactor, sino cultivarlas en su interior con dosificacion de nutrientes y gases, ambos procedentes de fuentes residuales.
- Tambien en cuanto a la solicitud de patente internacional WO2009152175, la presente invencion se diferencia en que no precisa que el fotobiorreactor este sumergido en ningun Kquido. En la presente invencion la difusion de gases de efecto invernadero al medio de cultivo se realiza a traves de la bolsa porosa impermeable al agua contenida dentro de la membrana flexible transparente que constituye el fotobiorreactor, y la salida de los gases que se producen en el interior del fotobiorreactor se realiza por medio de una valvula purgadora de gases. Esto es diferente al sistema de la solicitud de patente internacional WO2009152175, en el que la entrada y la salida de los gases, en concreto del CO2 y del O2, se realiza por medio de la permeabilidad selectiva de los materiales que se emplean en los tubos porosos.
- En cuanto a la patente ES2347515 B2, el cierre de los gases confinados en el interior del marco se realiza por el sello hidraulico que conforma la lamina de agua que cae continuamente sobre dicho marco, al contrario de la presente invencion que consigue una difusion y tambien un almacenamiento de los gases en la bolsa impermeable a los liquidos y porosa a los gases por medio del control de la presion del gas confinado en el interior de dicha bolsa y la presion del medio de cultivo en la lamina inferior.
De esta forma, con la presente invencion se obtiene una enmienda edafica optima con la que se contribuye total o parcialmente a las necesidades, principalmente de nitrogeno de los cultivos del suelo del cual se extrajo la muestra de algas, evitando asi el uso de fertilizantes minerales nitrogenados y consiguiendo asi reducir la huella de carbono de la agricultura. Por otro lado, la generation de sustancias bioestimulantes que contribuyen a la productividad de los cultivos, que es lo que se ha denominado enmienda edafica, repercute en la mayor production de biomasa en el suelo sobre el que se aplica, y con ello en una mayor fijacion de carbono. Tambien la action biopesticida supone una alternativa sostenible a los tratamientos de fungicidas. Ademas, por medio de esta invencion la gestion de los residuos y la captura en biomasa de las emisiones de gases de efecto invernadero producidos en acciones antropogenicas contribuye en el ambito medioambiental a la mitigation activa de la huella de carbono en el sector primario y en general en los sectores emisiones de gases de efecto invernadero.
Breve description de las Figuras
A continuation, para facilitar una mejor comprension de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompanan unas figuras en las que con caracter ilustrativo y no limitativo se representa el objeto de la invention (sistema y proceso de production de enmienda edafica).
Figura 1. Muestra el diagrama integral del proceso y la instalacion de produccion de la enmienda edafica.
1.- Suelo
2.- Identification, aislamiento de las algas de un suelo
3.- Producir un volumen de inoculo de especies de algas representativas de un suelo previamente identificadas y aisladas
4.- Inyeccion al fotobiorreactor del inoculo de algas
5.- Cultivo de enmienda edafica de algas en fotobiorreactor
6.- Agua
7.- Dilution del medio de cultivo
8.- Fase liquida de residuos como nutrientes para el cultivo de algas
9.- Adicion de fase liquida de residuos en el fotobiorreactor para el cultivo de la enmienda edafica de algas
10.- Fuente de gases de combustion, y/o fermentation aerobia, y/o anaerobia.
11.- Inyeccion de gases para el cultivo de enmienda edafica de algas
12.- Extraction del fotobiorreactor de la enmienda edafica producida y aplicacion al suelo (1)
Figura 2. Muestra la vista en perspectiva de los elementos que componen el sistema de produccion de la enmienda edafica
Ademas de los elementos antes descritos, la Figura 2 representa tambien:
13.- Membrana flexible transparente, de material plastico, que constituye el fotobiorreactor, 14.- Bomba del equipo de impulsion de gases
15.- Bomba del equipo de inyeccion del liquido
16.- Toma de liquidos: inoculo, fase liquida de residuos y agua
17.- Toma de gases desde la fuente emisora
18.- Salida de liquidos por la que se extrae el cultivo de algas producido en el fotobiorreactor
20.- Valvula purgadora de gases
21.- Primera entrada del fotobiorreactor, de gases, conectada al segundo equipo de inyeccion (14)
22.- Segunda entrada del fotobiorreactor, de Kquidos, por la que se introducen el inoculo, los nutrientes y el agua, conectada al primer equipo de inyeccion (13)
Figura 3. Muestra la vista superior del sistema de production de la enmienda edafica Ademas de los elementos antes descritos, la Figura 3 representa tambien:
23.- Sensor de presion del medio de cultivo
Figura 4. Muestra la vista seccionada segun el corte A-A del sistema de produccion de la enmienda edafica
Ademas, de los elementos antes comentados, la Figura 4 muestra tambien el siguiente elemento:
19. Bolsa impermeable al liquido y porosa a los gases alojada en el interior del fotobiorreactor (13)
24.- Sensor de presion de gas en el interior de la bolsa impermeable a los liquidos y porosa a los gases
Figura 5. Muestra la vista en perspectiva del sistema de produccion de la enmienda edafica, en una realization alternativa, con el detalle de la conexion del equipo de bombeo de liquidos durante el cultivo de la enmienda edafica, en que la salida de liquidos (18) esta conectada al equipo de inyeccion de liquidos (15)
Description de un ejemplo de realizacion de la invention
Considerando las realizaciones mostradas en las figuras y la numeration adoptada en las mismas, la instalacion y el proceso para la produccion de enmienda edafica de algas que se describe a continuation representa una puesta en practica preferida de la invencion.
La presente invencion se refiere a una enmienda para suelos constituida por algas edaficas autoctonas extraidas de un suelo concreto y cultivadas de forma controlada, a su procedimiento de obtencion y a la instalacion para llevar a cabo dicho procedimiento.
El presente procedimiento de produccion de enmienda edafica de algas consta de varias etapas (Figura 1) , en la que se ven implicados diferentes elementos de un sistema disenado para tal fin:
- Extraer de un suelo (1) una muestra que contenga algas representativas de su composition;
- Aislar e identificar (2) las algas edaficas del suelo. Para el suelo al que se desea producir la enmienda, y del que se ha extraido la muestra representativa, se identifican y aislan las algas que constituyen la poblacion biologica de ese suelo.
- Producir un inoculo de las algas (3) , e introducir (4) dicho inoculo en el fotobiorreactor para su cultivo como enmienda edafica de algas (5) El volumen de inoculo generado de las algas aisladas e identificadas (3) es introducido en el fotobiorreactor para el cultivo de la enmienda edafica de algas (5) constituyendo una concentration de 0, 0025 a 0, 15 gr de materia seca de algas en el volumen de fotobiorreactor. Previamente tras haber obtenido a traves de tecnicas de separation solido-liquido y/o disolucion solido-liquido la fase liquida de los residuos (8) , se introduce (9) a razon de conseguir una concentracion en nitrogeno de al menos 21, 26 mg/L y de al menos 2, 96 mg/L de fosforo proveniente de la fase soluble de residuos. Posteriormente, con agua (6) se enrasa (7) hasta completar el volumen del fotobiorreactor.
- De forma paralela al llenado del fotobiorreactor con los elementos que constituyen el cultivo, se activa el llenado de la bolsa impermeable a los liquidos y porosa a los gases (19). Una vez que se han introducido los componentes en el fotobiorreactor, se desencadena el proceso de cultivo que durara hasta que la concentracion de algas no experimente incremento en dos dias consecutivos, parametro monitorizado por medio de la medida de la turbidez.
- En el proceso de cultivo se inyectan los gases de combustion y/o fermentation anaerobia y/o fermentacion aerobia (10) al fotobiorreactor de cultivo de la enmienda (11) , a traves de una conduction (17) que evacua a la bolsa impermeable al agua y porosa a los gases (19). Esta inyeccion se realiza por medio de control de dos sensores de presion. Uno se localiza en el interior de la bolsa impermeable al agua y porosa al gas (24) y otro sensor se encuentra en la banda perimetral inferior interior del fotobiorreactor, adosado a la membrana (23) , representativa de la columna de presion del medio de cultivo (Figura 2). Cuando la presion del gas de la bolsa sea 1, 5 veces menor que la presion de la columna de medio de cultivo, se encendera el equipo de inyeccion de gases (14) hasta que la presion de gas sea al menos 1, 5 veces mayor que la presion de la columna de agua.
En el caso que la difusion del gas de la bolsa en el medio de cultivo no cause una agitacion de 0, 10 a 0, 25 m/s, se dispondra de la agitation complementaria con el equipo de inyeccion de liquidos (15) conectado la entrada de este equipo a la salida de liquidos del 5
fotobiorreactor (18) y la salida del equipo en cuestion a la entrada de Kquidos del fotobiorreactor (22) (Figura 5).
En uno de los desarrollos del fotobiorreactor se identifica una membrana flexible transparente (13) que contiene en su interior el medio de cultivo formado por: agua, nutrientes, algas y gases. En el interior del fotobiorreactor se localiza en la parte inferior una bolsa porosa e impermeable al agua (19) a la que se inyectan los gases por la entrada de los gases (21) (figura 3 y figura 4). Los gases en el interior de esta bolsa son introducidos por medio de una bomba de impulsion (14).
Para introducir los liquidos en el interior del fotobiorreactor, se dispone de una entrada de liquidos (22) que comunica con el interior contenido por la membrana flexible transparente (18). Estos son introducidos por medio de una bomba de liquidos (15).
Tambien se dispone de una salida de liquidos (18) para evacuar el contenido del medio de cultivo al equipo de distribucion, una vez se decida que la enmienda edafica cultivada esta en condiciones de ser extraida y utilizada.
En la parte superior de la membrana flexible se localiza una valvula purgadora de gases (20) , a fin de evacuar los gases que se producen dentro del fotobiorreactor derivados de la propia actividad fotosintetica o respiratoria de las algas, de esta forma se controla la presion por encima de la cual deben evacuarse los gases del fotobiorreactor. Logrando asi controlar la difusion de los gases inyectados en el medio de cultivo.
Cuando se haya alcanzado la concentration maxima de algas en el interior del fotobiorreactor, este liquido sera extraido e introducido a un equipo para la distribucion (12) en el suelo (1). Es decir, una vez extraida la enmienda edafica, el producto obtenido (que consta de un cultivo de algas) esta listo para distribuirse al suelo de origen.
