Журнал «Nature» опубликовал статью о новом прорыве в технологии MBBR: как инновационный «V-образный носитель» решает проблему засорения и вдыхает новую жизнь в рынок носителей высокой плотности.

Недавно исследовательская группа из Национального института науки и технологий Ульсана (UNIST) в Южной Корее опубликовала в журнале *Nature Communications* новое исследование по структурной оптимизации носителей для биореакторов с подвижным слоем биопленки (MBBR). Исследователи предложили V-образную конструкцию носителя, известную как «гидротопологическая стратегия», которая позволяет активно контролировать процесс роста биопленки путем изменения внутренних путей движения жидкости внутри носителя. Для специалистов отрасли, давно следящих за развитием технологии бионосителей для MBBR, это исследование привлекло внимание не только из-за изменения формы носителя, но и потому, что оно пытается решить давнюю инженерную проблему: засорение и снижение эффективности массопереноса, вызванные чрезмерным утолщением биопленки. В традиционных системах MBBR с увеличением времени работы микроорганизмы постоянно прикрепляются к поверхности носителя и образуют биопленки. После определенного периода использования эти биопленки утолщаются. Действительно, хотя общая микробная биомасса в системе увеличивается, что, теоретически, должно повысить общую эффективность, фактическая эффективность диффузии кислорода и загрязняющих веществ в биопленку фактически снижается.

В нашем проекте по очистке сточных вод пищевой промышленности в Юго-Восточной Азии мы столкнулись с аналогичной проблемой: после нескольких лет эксплуатации накопление биопленки внутри носителей часто становилось очень заметным. На многих очистных сооружениях носители MBBR и микропористые аэраторы часто нуждаются в промывке или замене после нескольких лет эксплуатации, что является серьезной задачей. Интересно, что долгосрочное управление биопленкой стало более распространенной темой в обсуждениях с клиентами, чем просто площадь поверхности носителя. По словам исследовательской группы, новая V-образная структура изменяет путь потока воды внутри носителя, создавая различные уровни гидравлического сдвигового напряжения в разных зонах. Когда биопленка разрастается, более высокое локальное сдвиговое напряжение способствует отслоению старой биопленки; наоборот, в областях, где необходимо поддерживать активную биомассу, сохраняется относительно стабильная среда прикрепления. Исследователи описывают этот механизм как метод контроля биопленки с «саморегулирующимися» характеристиками. На основе экспериментальных результатов эта конструкция демонстрирует значительный потенциал для поддержания стабильности биопленки и предотвращения внутреннего засорения. Однако остается неясным, сможет ли система поддерживать эквивалентную производительность в условиях резких колебаний характеристик сточных вод; для ее принятия на рынок необходимы дальнейшие исследования в рамках практических проектов.

С точки зрения развития нашей отрасли, данное исследование посылает важный сигнал: в будущем конкурентная стратегия для носителей MBBR может сместиться от простого увеличения удельной площади поверхности к большему акценту на гидродинамическую конструкцию и возможности управления биопленкой. В течение последнего десятилетия усилия по оптимизации большинства носителей MBBR были сосредоточены на таких показателях, как эффективная площадь поверхности, скорость образования биопленки и прочность материала. Однако данное исследование предполагает, что активный контроль толщины биопленки посредством структурного проектирования может стать ключевым направлением исследований и разработок носителей следующего поколения. Для производителей носителей MBBR это также означает, что будущие конструкции систем будут уделять больше внимания синергии между носителем и системой аэрации. Однако один практический вопрос остается без ответа: можно ли производить такие сложные внутренние геометрические формы в больших масштабах экономически эффективным способом? Мы заметили, что в последние годы все большее число клиентов из систем рециркуляционного аквакультуры (RAS), проектов по очистке промышленных сточных вод и проектов по очистке муниципальных сточных вод с высокой нагрузкой начали уделять больше внимания эксплуатационной стабильности при более высокой плотности упаковки. По мере увеличения плотности упаковки проблемы массопереноса и засорения, с которыми сталкиваются традиционные носители, становятся все более выраженными. Ценность исследований V-образных носителей заключается не только в предложении новой конструктивной схемы, но и в обеспечении нового технического подхода для будущего развития систем MBBR с высокой плотностью.