Was ist ein Biofilmreaktor?
Ein Biofilmreaktor nutzt Bakterienkolonien in Labor- und Industrieprozessen, um Substanzen wie Essig und Essigsäure herzustellen. Es wird auch zur Herstellung von Ethanol, Milchsäure, Butanol, Fumarsäure und Bernsteinsäure verwendet. Biofilm wird auch regelmäßig zur Abwasserbehandlung eingesetzt und die Bakterien können giftige Substanzen im Wasser entweder aufnehmen oder abbauen. Die verschiedenen Arten von Biofilmreaktoren umfassen Membran-, Wirbelbett-, Festbett-, Luftheber- und Aufwärtsströmungs-Anaerobschlamm-Gummituchreaktoren.
In einem Biofilmreaktor wachsen Bakterienzellen in einer Strukturmatrix und haften an einer Oberfläche. Einzelne Zellen müssen sich zuerst an eine Oberfläche anheften, entweder durch elektrische Ladung oder chemische Anziehung oder aufgrund der Konzentration von Nährstoffen in der Nähe dieser Oberfläche. Zellen müssen irreversibel an der Oberfläche haften, um einen Biofilm zu bilden. Dies geschieht, wenn extrazelluläre polymere Substanzen (EPS) erzeugt werden. Im Reaktor bilden sich Biofilme, in denen sich Wasserkanäle bilden, so dass Nährstoffe in den Untergrund gelangen können. Wenn die Nährstoffe aufgebraucht sind, zersetzen Zellen, die sich auf die Produktion von EPS konzentrieren, die Matrix für Lebensmittel und entweichen.
Nährstoffe, Temperatur und Art der Zellen beeinflussen die Qualität eines Biofilmreaktors. Ein Typ sind Membranbiofilmreaktoren, bei denen der Film auf einer Gastransfermembran wächst. Ein Gasphasensubstrat, das entweder Wasserstoff, Sauerstoff oder Methan, Ammoniak oder Kohlendioxid sein kann, wird von den Bakterien verwendet. Verunreinigungen wie Nitrate, Nitrite, Chlorate, Bromate, Arsenate, Selenate und Chloroform können durch diesen Prozess zu harmlosen Produkten reduziert werden.
Die Medien werden in einem kontinuierlichen Rührkesselreaktor mechanisch gerührt, die Mischung kann jedoch nicht gerührt werden, wenn eine Trägerstruktur für den Film vorhanden ist. Ein Festbettreaktor wird vor dem Einbringen der Bakterien zunächst mit Trägermaterialien befüllt und von unten nach oben mit Nährstoffen gespeist. Bakterienzellen neigen dazu, in diesem Biofilmreaktortyp schnell zu wachsen. Deckbettreaktoren werden von oben gespeist, aber nicht jede Zelle im Film erhält die Nährstoffe. Andere Reaktoren sind Fließbettreaktoren, die zum Abbau giftiger Phenolchemikalien geeignet sind, und Airlift-Reaktoren, die Luft von unten mit Flüssigkeit in zwei Rohren mischen.
Für die Wasseraufbereitung verarbeiten anaerobe Schlammdeckenreaktoren mit Aufwärtsströmung Abwasser und Industrieabwässer. Ein Biofilmreaktor kann auch dazu verwendet werden, Gase und Gerüche abzubauen. Insgesamt können große Mengen an Wasser oder Flüssigkeiten mit hoher Geschwindigkeit behandelt werden, wodurch ein effizienter industrieller Prozess entsteht.