Czasopismo „Nature” publikuje artykuł na temat przełomu w technologii MBBR: jak nowatorski „nośnik w kształcie litery V” rozwiązuje problem zatykania i wnosi nowe życie na rynek nośników o wysokiej gęstości

Niedawno zespół badawczy z Narodowego Instytutu Nauki i Technologii w Ulsan (UNIST) w Korei Południowej opublikował w czasopiśmie *Nature Communications* nowe badanie dotyczące optymalizacji strukturalnej nośników MBBR (reaktorów z ruchomym złożem biofilmowym). Naukowcy zaproponowali konstrukcję nośnika w kształcie litery V, znaną jako „strategia hydrotopologiczna”, która umożliwia aktywną kontrolę procesu wzrostu biofilmu poprzez modyfikację wewnętrznych ścieżek przepływu płynu w nośniku. Dla specjalistów z branży, którzy od dawna śledzą rozwój technologii bionośników MBBR, badanie to przyciągnęło uwagę nie tylko ze względu na zmianę kształtu nośnika, ale także dlatego, że stanowi próbę rozwiązania od dawna istniejącego problemu inżynieryjnego: zatykania i zmniejszonej wydajności transferu masy spowodowanej nadmiernym zagęszczaniem biofilmu. W tradycyjnych systemach MBBR, wraz ze wzrostem czasu pracy, mikroorganizmy stale przylegają do powierzchni nośnika i tworzą biofilmy. Po pewnym czasie użytkowania biofilmy te gęstnieją. Rzeczywiście, chociaż całkowita biomasa mikrobiologiczna w systemie wzrasta – co teoretycznie powinno poprawić ogólną wydajność – faktyczna wydajność dyfuzji tlenu i zanieczyszczeń do biofilmu w rzeczywistości maleje.

Napotkaliśmy podobny problem w naszym projekcie oczyszczania ścieków z przetwórstwa spożywczego w Azji Południowo-Wschodniej; po kilku latach eksploatacji akumulacja biofilmu wewnątrz przenośników często stawała się bardzo zauważalna. W wielu oczyszczalniach ścieków przenośniki MBBR i mikroporowate aeratory często wymagają płukania lub wymiany po kilku latach eksploatacji, co stanowi poważne przedsięwzięcie. Co ciekawe, długoterminowe zarządzanie biofilmem stało się częstszym tematem w rozmowach z klientami niż sama powierzchnia przenośnika. Według zespołu badawczego, nowatorska struktura w kształcie litery V zmienia ścieżkę przepływu wody wewnątrz przenośnika, wytwarzając zróżnicowane poziomy hydraulicznego naprężenia ścinającego w różnych strefach. Wraz z narastaniem biofilmu, wyższe lokalne naprężenie ścinające sprzyja odrywaniu się starego biofilmu; z kolei w obszarach, w których konieczne jest utrzymanie aktywnej biomasy, zachowane jest stosunkowo stabilne środowisko przylegania. Naukowcy opisują ten mechanizm jako metodę kontroli biofilmu o właściwościach „samoregulujących”. Na podstawie wyników eksperymentalnych, konstrukcja ta wykazuje znaczny potencjał w zakresie utrzymania stabilności biofilmu i zapobiegania zatykaniu wewnętrznemu. Nie jest jednak jasne, czy urządzenie to będzie w stanie zachować równoważną wydajność w warunkach drastycznych wahań właściwości ścieków; aby zostało zaakceptowane przez rynek, konieczna jest dalsza weryfikacja za pomocą projektów praktycznych.

Z perspektywy rozwoju naszej branży, niniejsze badania stanowią istotny sygnał: przyszły nacisk konkurencyjny na nośniki MBBR może przesuwać się z prostego zwiększania powierzchni właściwej na większy nacisk na projektowanie hydrodynamiczne i możliwości zarządzania biofilmem. W ciągu ostatniej dekady działania optymalizacyjne większości nośników MBBR koncentrowały się na takich parametrach, jak efektywna powierzchnia, tempo tworzenia biofilmu i wytrzymałość materiału. Jednakże niniejsze badanie sugeruje, że aktywna kontrola grubości biofilmu poprzez projektowanie strukturalne może stać się kluczowym kierunkiem badań i rozwoju nośników nowej generacji. Dla producentów nośników MBBR oznacza to również, że przyszłe projekty systemów będą kłaść większy nacisk na synergię między nośnikiem a systemem napowietrzania. Jednak jedno praktyczne pytanie pozostaje bez odpowiedzi: czy tak złożone geometrie wewnętrzne można produkować na dużą skalę w sposób opłacalny? Zaobserwowaliśmy, że w ostatnich latach coraz większa liczba klientów z systemów recyrkulacji akwakultury (RAS), projektów uzdatniania ścieków przemysłowych i projektów wysokoobciążonych oczyszczalni ścieków komunalnych zaczęła koncentrować się na stabilności operacyjnej przy wyższych gęstościach upakowania. Wraz ze wzrostem gęstości upakowania, wyzwania związane z transferem masy i zatykaniem, z którymi borykają się tradycyjne nośniki, stają się coraz poważniejsze. Wartość badań nad nośnikami w kształcie litery V polega nie tylko na zaproponowaniu nowej konstrukcji, ale także na zapewnieniu nowego podejścia technicznego do przyszłego rozwoju systemów MBBR o wysokiej gęstości.