《Nature》 objavlja članek o novem preboju v tehnologiji MBBR: Kako nov "nosilec v obliki črke V" rešuje problem zamašitve in vdihuje novo življenje trgu medijev visoke gostote

Nedavno je raziskovalna skupina z Nacionalnega inštituta za znanost in tehnologijo Ulsan (UNIST) v Južni Koreji objavila novo študijo v reviji *Nature Communications* o strukturni optimizaciji nosilcev MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor). Raziskovalci so predlagali zasnovo nosilca v obliki črke V, znano kot »hidrotopološka strategija«, ki omogoča aktivni nadzor nad procesom rasti biofilma s spreminjanjem notranjih poti tekočine znotraj nosilca. Za strokovnjake iz industrije, ki že dolgo spremljajo razvoj tehnologije bionosilcev MBBR, je ta študija pritegnila pozornost ne le zaradi spremembe oblike nosilca, temveč tudi zato, ker poskuša rešiti dolgoletni inženirski izziv: zamašitev in zmanjšana učinkovitost prenosa mase zaradi prekomernega odebeljevanja biofilma. V tradicionalnih sistemih MBBR se mikroorganizmi z daljšim časom delovanja nenehno pritrjujejo na površino nosilca in tvorijo biofilme. Po določenem obdobju uporabe se ti biofilmi zgostijo. Dejansko se celotna mikrobna biomasa v sistemu povečuje – kar bi teoretično moralo izboljšati splošno učinkovitost – dejanska učinkovitost difuzije kisika in onesnaževal v biofilm dejansko zmanjša.

Podobno težavo smo naleteli pri našem projektu čiščenja odpadne vode iz predelovalnih obratov za živila v jugovzhodni Aziji; po več letih delovanja je kopičenje biofilma v nosilcih pogosto postalo zelo opazno. V mnogih čistilnih napravah za odpadne vode je treba nosilce MBBR in mikroporozne aeratorje po več letih delovanja pogosto sprati ali zamenjati, kar je velik podvig. Zanimivo je, da je dolgoročno upravljanje biofilma postalo pogostejša tema v pogovorih s strankami kot samo površina nosilca. Po mnenju raziskovalne skupine nova struktura v obliki črke V spremeni pot pretoka vode v nosilcu, kar ustvarja različne ravni hidravlične strižne napetosti v različnih conah. Ko biofilm preraste, višja lokalna strižna napetost spodbuja odtrganje starega biofilma; nasprotno, na območjih, kjer je treba ohraniti aktivno biomaso, se ohrani relativno stabilno okolje za pritrditev. Raziskovalci opisujejo ta mehanizem kot metodo nadzora biofilma s "samoregulirajočimi" lastnostmi. Na podlagi eksperimentalnih rezultatov ta zasnova kaže pomemben potencial za ohranjanje stabilnosti biofilma in preprečevanje notranjega zamaševanja. Vendar pa ostaja nejasno, ali lahko ohrani enakovredno delovanje v pogojih drastičnih nihanj lastnosti odpadne vode; za sprejetje na trgu je potrebna nadaljnja validacija s praktičnimi projekti.

Z vidika razvoja naše industrije ta raziskava pošilja pomemben signal: prihodnji konkurenčni fokus za nosilce MBBR se lahko premakne od preprostega povečanja specifične površine k večjemu poudarku na hidrodinamični zasnovi in ​​zmogljivostih upravljanja biofilma. V zadnjem desetletju so se optimizacijska prizadevanja za večino nosilcev MBBR osredotočala na metrike, kot so efektivna površina, hitrost nastajanja biofilma in trdnost materiala. Vendar pa ta študija kaže, da bi lahko aktivno nadzorovanje debeline biofilma s strukturno zasnovo postalo ključna smer za raziskave in razvoj nosilcev naslednje generacije. Za proizvajalce nosilcev MBBR to pomeni tudi, da bodo prihodnje zasnove sistemov bolj poudarjale sinergijo med nosilcem in prezračevalnim sistemom. Vendar pa ostaja eno praktično vprašanje neodgovorjeno: ali je mogoče tako kompleksne notranje geometrije proizvajati v velikem obsegu na stroškovno učinkovit način? Opazili smo, da se je v zadnjih letih vse več strank iz recirkulacijskih akvakulturnih sistemov (RAS), projektov nadgradnje industrijskih odpadnih voda in projektov čiščenja komunalnih odpadnih voda z visoko obremenitvijo začelo osredotočati na operativno stabilnost pri večjih gostotah pakiranja. Z nadaljnjim povečevanjem gostote pakiranja postajajo izzivi prenosa mase in zamašitve, s katerimi se soočajo tradicionalni nosilci, vse bolj izraziti. Vrednost raziskav nosilcev v obliki črke V ni le v predlaganju nove strukturne zasnove, temveč tudi v zagotavljanju novega tehničnega pristopa za prihodnji razvoj sistemov MBBR z visoko gostoto.