Το περιοδικό «Nature» δημοσιεύει άρθρο σχετικά με μια νέα ανακάλυψη στην τεχνολογία MBBR: Πώς ένας καινοτόμος «φορέας σε σχήμα V» λύνει το πρόβλημα της απόφραξης και δίνει νέα πνοή στην αγορά μέσων υψηλής πυκνότητας

Πρόσφατα, μια ερευνητική ομάδα από το Εθνικό Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας του Ουλσάν (UNIST) στη Νότια Κορέα δημοσίευσε μια νέα μελέτη στο *Nature Communications* σχετικά με τη βελτιστοποίηση της δομής των φορέων MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor). Οι ερευνητές πρότειναν ένα σχέδιο φορέα σε σχήμα V, γνωστό ως «Υδροτοπολογική Στρατηγική», το οποίο επιτρέπει τον ενεργό έλεγχο της διαδικασίας ανάπτυξης βιοφίλμ, αλλάζοντας τις εσωτερικές οδούς ρευστών εντός του φορέα. Για τους επαγγελματίες του κλάδου που παρακολουθούν εδώ και καιρό την ανάπτυξη της τεχνολογίας βιοφορέων MBBR, αυτή η μελέτη έχει προσελκύσει την προσοχή όχι μόνο λόγω της αλλαγής στο σχήμα του φορέα, αλλά επειδή επιχειρεί να λύσει μια μακροχρόνια μηχανική πρόκληση: την απόφραξη και τη μειωμένη απόδοση μεταφοράς μάζας που προκαλείται από την υπερβολική πάχυνση του βιοφίλμ. Στα παραδοσιακά συστήματα MBBR, καθώς αυξάνεται ο χρόνος λειτουργίας, οι μικροοργανισμοί προσκολλώνται συνεχώς στην επιφάνεια του φορέα και σχηματίζουν βιοφίλμ. Μετά από μια περίοδο χρήσης, αυτά τα βιοφίλμ πυκνώνουν. Πράγματι, αν και η συνολική μικροβιακή βιομάζα στο σύστημα αυξάνεται - κάτι που, θεωρητικά, θα πρέπει να βελτιώσει τη συνολική απόδοση - η πραγματική απόδοση διάχυσης οξυγόνου και ρύπων στο βιοφίλμ στην πραγματικότητα μειώνεται.

Αντιμετωπίσαμε ένα παρόμοιο πρόβλημα στο έργο επεξεργασίας λυμάτων επεξεργασίας τροφίμων στη Νοτιοανατολική Ασία. Μετά από αρκετά χρόνια λειτουργίας, η συσσώρευση βιοφίλμ στο εσωτερικό των φορέων γινόταν συχνά πολύ αισθητή. Σε πολλές εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων, οι φορείς MBBR και οι μικροπορώδεις αεριστές συχνά χρειάζονται έκπλυση ή αντικατάσταση μετά από αρκετά χρόνια λειτουργίας, κάτι που αποτελεί μια σημαντική προσπάθεια. Είναι ενδιαφέρον ότι η μακροπρόθεσμη διαχείριση του βιοφίλμ έχει γίνει ένα πιο συνηθισμένο θέμα στις συζητήσεις των πελατών από ό,τι η επιφάνεια του φορέα μόνο του. Σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα, η νέα δομή σχήματος V μεταβάλλει την πορεία ροής του νερού εντός του φορέα, δημιουργώντας ποικίλα επίπεδα υδραυλικής διατμητικής τάσης σε διαφορετικές ζώνες. Όταν το βιοφίλμ υπεραναπτύσσεται, η υψηλότερη τοπική διατμητική τάση προάγει την αποκόλληση του παλαιωμένου βιοφίλμ. Αντίθετα, σε περιοχές όπου η ενεργός βιομάζα πρέπει να διατηρείται, διατηρείται ένα σχετικά σταθερό περιβάλλον προσκόλλησης. Οι ερευνητές περιγράφουν αυτόν τον μηχανισμό ως μέθοδο ελέγχου βιοφίλμ με «αυτορυθμιζόμενα» χαρακτηριστικά. Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα, αυτός ο σχεδιασμός δείχνει σημαντικό δυναμικό για τη διατήρηση της σταθερότητας του βιοφίλμ και την πρόληψη της εσωτερικής απόφραξης. Ωστόσο, παραμένει ασαφές εάν μπορεί να διατηρήσει ισοδύναμη απόδοση υπό συνθήκες δραστικών διακυμάνσεων στα χαρακτηριστικά των λυμάτων. Απαιτείται περαιτέρω επικύρωση μέσω πρακτικών έργων για την αποδοχή της αγοράς.

Από την οπτική γωνία της ανάπτυξης του κλάδου μας, αυτή η έρευνα στέλνει ένα αξιοσημείωτο μήνυμα: η μελλοντική ανταγωνιστική εστίαση για τους φορείς MBBR μπορεί να μετατοπίζεται από την απλή αύξηση της ειδικής επιφάνειας στην μεγαλύτερη έμφαση στον υδροδυναμικό σχεδιασμό και στις δυνατότητες διαχείρισης βιοφίλμ. Την τελευταία δεκαετία, οι προσπάθειες βελτιστοποίησης για τα περισσότερα προϊόντα φορέων MBBR έχουν επικεντρωθεί σε μετρήσεις όπως η αποτελεσματική επιφάνεια, ο ρυθμός σχηματισμού βιοφίλμ και η αντοχή του υλικού. Ωστόσο, αυτή η μελέτη υποδηλώνει ότι ο ενεργός έλεγχος του πάχους του βιοφίλμ μέσω του δομικού σχεδιασμού μπορεί να γίνει βασική κατεύθυνση για την Έρευνα και Ανάπτυξη φορέων επόμενης γενιάς. Για τους κατασκευαστές φορέων MBBR, αυτό υποδηλώνει επίσης ότι τα μελλοντικά σχέδια συστημάτων θα δώσουν μεγαλύτερη έμφαση στη συνέργεια μεταξύ του φορέα και του συστήματος αερισμού. Ωστόσο, ένα πρακτικό ερώτημα παραμένει αναπάντητο: μπορούν τέτοιες σύνθετες εσωτερικές γεωμετρίες να κατασκευαστούν σε κλίμακα με οικονομικά αποδοτικό τρόπο; Έχουμε παρατηρήσει ότι τα τελευταία χρόνια, ένας αυξανόμενος αριθμός πελατών από συστήματα ανακυκλούμενης υδατοκαλλιέργειας (RAS), έργα αναβάθμισης βιομηχανικών λυμάτων και έργα επεξεργασίας αστικών λυμάτων υψηλού φορτίου έχουν αρχίσει να επικεντρώνονται στη λειτουργική σταθερότητα σε υψηλότερες πυκνότητες συσκευασίας. Καθώς η πυκνότητα συσκευασίας συνεχίζει να αυξάνεται, οι προκλήσεις μεταφοράς μάζας και απόφραξης που αντιμετωπίζουν οι παραδοσιακοί φορείς γίνονται πιο έντονες. Η αξία της έρευνας για τους φορείς σχήματος V έγκειται όχι μόνο στην πρόταση ενός νέου δομικού σχεδιασμού, αλλά και στην παροχή μιας νέας τεχνικής προσέγγισης για τη μελλοντική ανάπτυξη συστημάτων MBBR υψηλής πυκνότητας.