《Nature》 publikuje článek o novém průlomu v technologii MBBR: Jak nový „nosič ve tvaru V“ řeší problém ucpávání a vdechuje nový život trhu s médii s vysokou hustotou

Výzkumný tým z Ulsanského národního institutu vědy a techniky (UNIST) v Jižní Koreji nedávno publikoval v časopise *Nature Communications* novou studii o strukturální optimalizaci nosičů MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor). Vědci navrhli konstrukci nosiče ve tvaru V, známou jako „Hydro-topologická strategie“, která umožňuje aktivní řízení procesu růstu biofilmu změnou vnitřních drah tekutin v nosiči. Pro odborníky z oboru, kteří dlouhodobě sledují vývoj technologie bionosičů MBBR, tato studie upoutala pozornost nejen kvůli změně tvaru nosiče, ale také proto, že se pokouší vyřešit dlouhodobý technický problém: ucpávání a sníženou účinnost přenosu hmoty způsobenou nadměrným ztlušťováním biofilmu. V tradičních systémech MBBR se s prodlužující se dobou provozu mikroorganismy neustále přichytávají k povrchu nosiče a vytvářejí biofilmy. Po určité době používání tyto biofilmy ztlušťují. Ačkoli se celková mikrobiální biomasa v systému zvyšuje – což by teoreticky mělo zlepšit celkovou účinnost – skutečná účinnost difúze kyslíku a znečišťujících látek do biofilmu ve skutečnosti klesá.

S podobným problémem jsme se setkali v našem projektu čištění odpadních vod z potravinářského průmyslu v jihovýchodní Asii; po několika letech provozu se hromadění biofilmu uvnitř nosičů často stalo velmi patrným. V mnoha čistírnách odpadních vod je často nutné nosiče MBBR a mikroporézní provzdušňovače po několika letech provozu propláchnout nebo vyměnit, což je velký úkol. Je zajímavé, že dlouhodobá správa biofilmu se stala častějším tématem v diskusích se zákazníky než samotná plocha povrchu nosiče. Podle výzkumného týmu nová struktura ve tvaru V mění dráhu proudění vody uvnitř nosiče a vytváří různé úrovně hydraulického smykového napětí v různých zónách. Když biofilm přeroste, vyšší lokální smykové napětí podporuje oddělování starého biofilmu; naopak v oblastech, kde je třeba udržovat aktivní biomasu, se zachovává relativně stabilní prostředí pro uchycení. Výzkumníci popisují tento mechanismus jako metodu kontroly biofilmu s „samoregulačními“ vlastnostmi. Na základě experimentálních výsledků vykazuje tento návrh významný potenciál pro udržení stability biofilmu a prevenci vnitřního ucpávání. Zůstává však nejasné, zda si dokáže udržet ekvivalentní výkon za podmínek drastických výkyvů v charakteristikách odpadních vod; pro přijetí na trh je nutné další ověření prostřednictvím praktických projektů.

Z pohledu vývoje našeho odvětví vysílá tento výzkum pozoruhodný signál: budoucí konkurenční zaměření nosičů MBBR se může přesunout od pouhého zvyšování specifického povrchu k většímu důrazu na hydrodynamický design a schopnosti řízení biofilmu. Během posledního desetiletí se optimalizační úsilí u většiny nosičů MBBR zaměřovalo na metriky, jako je efektivní povrch, rychlost tvorby biofilmu a pevnost materiálu. Tato studie však naznačuje, že aktivní řízení tloušťky biofilmu prostřednictvím strukturálního návrhu se může stát klíčovým směrem pro výzkum a vývoj nosičů nové generace. Pro výrobce nosičů MBBR to také znamená, že budoucí návrhy systémů budou klást větší důraz na synergii mezi nosičem a provzdušňovacím systémem. Jedna praktická otázka však zůstává nezodpovězena: lze takové složité vnitřní geometrie vyrábět ve velkém měřítku nákladově efektivním způsobem? Pozorovali jsme, že v posledních letech se stále více zákazníků z oblasti recirkulačních akvakulturních systémů (RAS), projektů úpravy průmyslových odpadních vod a projektů čištění komunálních odpadních vod s vysokým zatížením začalo zaměřovat na provozní stabilitu při vyšších hustotách náplně. S rostoucí hustotou náplně se výrazněji projevují problémy s přenosem hmoty a ucpáváním, kterým čelí tradiční nosiče. Hodnota výzkumu nosičů ve tvaru V nespočívá jen v návrhu nového konstrukčního řešení, ale také v poskytnutí nového technického přístupu pro budoucí vývoj systémů MBBR s vysokou hustotou.