«نیچر» مقاله‌ای در مورد پیشرفت جدید در فناوری MBBR منتشر می‌کند: چگونه یک «حامل V شکل» جدید مشکل گرفتگی را حل می‌کند و به بازار رسانه‌های با چگالی بالا جان تازه‌ای می‌بخشد

اخیراً، یک تیم تحقیقاتی از موسسه ملی علوم و فناوری اولسان (UNIST) در کره جنوبی، مطالعه جدیدی را در *Nature Communications* در مورد بهینه‌سازی ساختاری حامل‌های MBBR (راکتور بیوفیلمی بستر متحرک) منتشر کرد. محققان یک طراحی حامل V شکل به نام "استراتژی هیدروتوپولوژیکی" را پیشنهاد کردند که امکان کنترل فعال فرآیند رشد بیوفیلم را با تغییر مسیرهای سیال داخلی درون حامل فراهم می‌کند. برای متخصصان صنعت که مدت‌هاست توسعه فناوری حامل زیستی MBBR را دنبال می‌کنند، این مطالعه نه تنها به دلیل تغییر شکل حامل، بلکه به دلیل تلاش برای حل یک چالش مهندسی دیرینه: گرفتگی و کاهش راندمان انتقال جرم ناشی از ضخیم شدن بیش از حد بیوفیلم، مورد توجه قرار گرفته است. در سیستم‌های سنتی MBBR، با افزایش زمان کار، میکروارگانیسم‌ها به طور مداوم به سطح حامل متصل می‌شوند و بیوفیلم تشکیل می‌دهند. پس از یک دوره استفاده، این بیوفیلم‌ها ضخیم می‌شوند. در واقع، اگرچه کل زیست توده میکروبی در سیستم افزایش می‌یابد - که در تئوری، باید راندمان کلی را بهبود بخشد - راندمان انتشار واقعی اکسیژن و آلاینده‌ها به بیوفیلم در واقع کاهش می‌یابد.

ما در پروژه تصفیه فاضلاب صنایع غذایی خود در جنوب شرقی آسیا با مشکل مشابهی مواجه شدیم؛ پس از چندین سال بهره‌برداری، تجمع بیوفیلم در داخل حامل‌ها اغلب بسیار قابل توجه می‌شد. در بسیاری از تأسیسات تصفیه فاضلاب، حامل‌های MBBR و هواده‌های ریزمتخلخل اغلب پس از چندین سال بهره‌برداری نیاز به شستشو یا تعویض دارند که این یک کار بزرگ است. جالب توجه است که مدیریت بلندمدت بیوفیلم در بحث‌های مشتریان، نسبت به مساحت سطح حامل، به موضوع رایج‌تری تبدیل شده است. به گفته تیم تحقیقاتی، ساختار جدید V شکل، مسیر جریان آب را در داخل حامل تغییر می‌دهد و سطوح مختلفی از تنش برشی هیدرولیکی را در مناطق مختلف ایجاد می‌کند. هنگامی که بیوفیلم بیش از حد رشد می‌کند، تنش برشی موضعی بالاتر، جدا شدن بیوفیلم قدیمی را افزایش می‌دهد. برعکس، در مناطقی که زیست توده فعال نیاز به حفظ دارد، یک محیط اتصال نسبتاً پایدار حفظ می‌شود. محققان این مکانیسم را به عنوان یک روش کنترل بیوفیلم با ویژگی‌های "خودتنظیم" توصیف می‌کنند. بر اساس نتایج تجربی، این طرح پتانسیل قابل توجهی برای حفظ پایداری بیوفیلم و جلوگیری از گرفتگی داخلی نشان می‌دهد. با این حال، هنوز مشخص نیست که آیا می‌تواند عملکرد معادل را در شرایط نوسانات شدید در ویژگی‌های فاضلاب حفظ کند یا خیر. برای پذیرش در بازار، اعتبارسنجی بیشتر از طریق پروژه‌های عملی مورد نیاز است.

از منظر توسعه صنعت ما، این تحقیق یک سیگنال قابل توجه ارسال می‌کند: تمرکز رقابتی آینده برای حامل‌های MBBR ممکن است از افزایش صرف سطح ویژه به تأکید بیشتر بر طراحی هیدرودینامیکی و قابلیت‌های مدیریت بیوفیلم تغییر کند. در طول دهه گذشته، تلاش‌های بهینه‌سازی برای اکثر محصولات حامل MBBR بر معیارهایی مانند سطح مؤثر، نرخ تشکیل بیوفیلم و استحکام مواد متمرکز بوده است. با این حال، این مطالعه نشان می‌دهد که کنترل فعال ضخامت بیوفیلم از طریق طراحی ساختاری ممکن است به یک جهت کلیدی برای تحقیق و توسعه حامل‌های نسل بعدی تبدیل شود. برای تولیدکنندگان حامل MBBR، این همچنین نشان می‌دهد که طراحی‌های سیستم آینده تأکید بیشتری بر هم‌افزایی بین حامل و سیستم هوادهی خواهند داشت. با این حال، یک سؤال عملی بی‌پاسخ مانده است: آیا چنین هندسه‌های داخلی پیچیده‌ای می‌توانند در مقیاس بزرگ و به شیوه‌ای مقرون به صرفه تولید شوند؟ ما مشاهده کرده‌ایم که در سال‌های اخیر، تعداد فزاینده‌ای از مشتریان از سیستم‌های آبزی‌پروری چرخشی (RAS)، پروژه‌های ارتقاء فاضلاب صنعتی و پروژه‌های تصفیه فاضلاب شهری با بار زیاد، شروع به تمرکز بر پایداری عملیاتی در تراکم‌های بسته‌بندی بالاتر کرده‌اند. با افزایش مداوم تراکم بسته‌بندی، چالش‌های انتقال جرم و گرفتگی که حامل‌های سنتی با آن مواجه هستند، برجسته‌تر می‌شوند. ارزش تحقیقات در مورد حامل‌های V شکل نه تنها در ارائه یک طراحی ساختاری جدید، بلکه در ارائه یک رویکرد فنی جدید برای توسعه آینده سیستم‌های MBBR با چگالی بالا نیز نهفته است.