Che cos'è un reattore a biofilm?

Un reattore a biofilm utilizza colonie di batteri nei processi di laboratorio e industriali per produrre sostanze come aceto e acido acetico. Viene anche usato per produrre etanolo, acido lattico, butanolo, acido fumarico e acido succinico. Il biofilm viene anche usato regolarmente per il trattamento delle acque reflue e i batteri possono assorbire o decomporre sostanze tossiche nell'acqua. I diversi tipi di reattori a biofilm comprendono i reattori a membrana anaerobica a membrana, a letto fluido, a letto impaccato, a ponte aereo e a deflusso.

All'interno di un reattore a biofilm, le cellule batteriche crescono all'interno di una matrice strutturale e aderiscono a una superficie. Le singole cellule devono prima attaccarsi a una superficie, mediante carica elettrica o attrazione chimica, oppure a causa della concentrazione di nutrienti vicino a questa superficie. Le cellule devono essere irreversibilmente attaccate alla superficie per formare un biofilm, che si verifica quando vengono prodotte sostanze polimeriche extracellulari (EPS). I biofilm si sviluppano nel reattore mentre i canali idrici si formano al loro interno in modo che i nutrienti possano raggiungere le aree sotterranee. Man mano che i nutrienti si esauriscono, le cellule che si concentrano sulla produzione di EPS quindi scompongono la matrice per il cibo e per fuggire.

I nutrienti, la temperatura e la natura delle cellule influenzano la qualità di un reattore a biofilm. I reattori a biofilm a membrana, in cui il film cresce su una membrana di trasferimento del gas, sono di un tipo. I batteri utilizzano un substrato in fase gassosa, che può essere idrogeno, ossigeno o metano, ammoniaca o anidride carbonica. Contaminanti, quali nitrati, nitriti, clorati, bromato, arsenante, selenato e cloroformio, possono essere ridotti in prodotti innocui attraverso questo processo.

I mezzi vengono agitati meccanicamente in un reattore a serbatoio agitato continuo, ma la miscela non può essere agitata quando esiste una struttura di supporto per il film. Un reattore a letto imballato viene prima riempito con materiali di supporto prima dell'introduzione dei batteri e viene alimentato dal basso verso l'alto con sostanze nutritive. Le cellule batteriche tendono a crescere rapidamente in questo tipo di reattore a biofilm. I reattori del letto superiore sono alimentati dall'alto, ma non tutte le cellule del film ricevono i nutrienti. Altri reattori includono il letto fluidizzato, adatto per la decomposizione di sostanze chimiche fenoliche tossiche e i reattori del trasporto aereo, che mescolano l'aria dal fondo con il liquido in due tubi.

Per il trattamento delle acque, i reattori anaerobici a ricircolo di fanghi di deflusso trattano acque reflue ed effluenti industriali. Un reattore a biofilm può anche essere usato per abbattere gas e odori. Nel complesso, è in grado di trattare grandi volumi di acqua o fluidi a velocità elevate, creando un processo industriale efficiente.