Časopis „Nature“ publikuje článok o novom prelome v technológii MBBR: Ako nový „nosič v tvare V“ rieši problém upchávania a vdýchne nový život trhu s médiami s vysokou hustotou

Výskumný tím z Ulsanskeho národného inštitútu vedy a techniky (UNIST) v Južnej Kórei nedávno publikoval v časopise *Nature Communications* novú štúdiu o štrukturálnej optimalizácii nosičov MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor). Výskumníci navrhli dizajn nosiča v tvare V, známy ako „Hydro-topologická stratégia“, ktorý umožňuje aktívne riadenie procesu rastu biofilmu zmenou vnútorných dráh tekutín v nosiči. Pre odborníkov z odvetvia, ktorí dlhodobo sledujú vývoj technológie bionosičov MBBR, táto štúdia upútala pozornosť nielen kvôli zmene tvaru nosiča, ale aj preto, že sa pokúša vyriešiť dlhotrvajúcu inžiniersku výzvu: upchávanie a znížená účinnosť prenosu hmoty spôsobená nadmerným zahusťovaním biofilmu. V tradičných systémoch MBBR sa mikroorganizmy s predlžujúcou sa dobou prevádzky neustále prichytávajú na povrch nosiča a vytvárajú biofilmy. Po určitom období používania tieto biofilmy zahusťujú. Hoci sa celková mikrobiálna biomasa v systéme zvyšuje – čo by teoreticky malo zlepšiť celkovú účinnosť – skutočná účinnosť difúzie kyslíka a znečisťujúcich látok do biofilmu v skutočnosti klesá.

S podobným problémom sme sa stretli v našom projekte čistenia odpadových vôd z potravinárskeho priemyslu v juhovýchodnej Ázii; po niekoľkých rokoch prevádzky sa hromadenie biofilmu vo vnútri nosičov často stalo veľmi viditeľným. V mnohých čistiarňach odpadových vôd je potrebné nosiče MBBR a mikroporézne prevzdušňovače po niekoľkých rokoch prevádzky často prepláchnuť alebo vymeniť, čo je rozsiahla úloha. Je zaujímavé, že dlhodobá správa biofilmu sa stala bežnejšou témou v diskusiách so zákazníkmi ako samotná plocha povrchu nosiča. Podľa výskumného tímu nová štruktúra v tvare V mení dráhu prúdenia vody v nosiči, čím vytvára rôzne úrovne hydraulického šmykového napätia v rôznych zónach. Keď biofilm prerastie, vyššie lokálne šmykové napätie podporuje oddeľovanie starnúceho biofilmu; naopak, v oblastiach, kde je potrebné udržiavať aktívnu biomasu, sa zachováva relatívne stabilné prostredie prichytenia. Výskumníci opisujú tento mechanizmus ako metódu kontroly biofilmu so „samoregulačnými“ vlastnosťami. Na základe experimentálnych výsledkov tento návrh vykazuje významný potenciál na udržanie stability biofilmu a prevenciu vnútorného upchávania. Zostáva však nejasné, či dokáže udržať rovnaký výkon za podmienok drastických výkyvov charakteristík odpadových vôd; na prijatie na trhu je potrebné ďalšie overenie prostredníctvom praktických projektov.

Z pohľadu vývoja nášho odvetvia tento výskum vysiela pozoruhodný signál: budúce konkurenčné zameranie pre nosiče MBBR sa môže presunúť z jednoduchého zväčšovania špecifického povrchu na väčší dôraz na hydrodynamický dizajn a schopnosti riadenia biofilmu. V poslednom desaťročí sa optimalizačné úsilie pre väčšinu produktov nosičov MBBR zameriavalo na metriky, ako je efektívna povrchová plocha, rýchlosť tvorby biofilmu a pevnosť materiálu. Táto štúdia však naznačuje, že aktívne riadenie hrúbky biofilmu prostredníctvom konštrukčného návrhu sa môže stať kľúčovým smerom pre výskum a vývoj nosičov novej generácie. Pre výrobcov nosičov MBBR to tiež znamená, že budúce návrhy systémov budú klásť väčší dôraz na synergiu medzi nosičom a prevzdušňovacím systémom. Jedna praktická otázka však zostáva nezodpovedaná: je možné takéto zložité vnútorné geometrie vyrábať vo veľkom meradle nákladovo efektívnym spôsobom? Pozorovali sme, že v posledných rokoch sa čoraz viac zákazníkov z recirkulačných akvakultúrnych systémov (RAS), projektov modernizácie priemyselných odpadových vôd a projektov vysoko zaťažených komunálnych čistení odpadových vôd začal zameriavať na prevádzkovú stabilitu pri vyšších hustotách náplne. S pokračujúcim zvyšovaním hustoty náplne sa výraznejšie stávajú problémy s prenosom hmoty a upchávaním, ktorým čelia tradičné nosiče. Hodnota výskumu nosičov v tvare V nespočíva len v návrhu nového konštrukčného riešenia, ale aj v poskytnutí nového technického prístupu pre budúci vývoj systémov MBBR s vysokou hustotou.