Nature veröffentlicht Artikel über einen neuen Durchbruch in der MBBR-Technologie: Wie ein neuartiger „V-förmiger Träger“ das Verstopfungsproblem löst und dem Markt für hochdichte Medien neues Leben einhaucht.

Kürzlich veröffentlichte ein Forschungsteam des Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) in Südkorea eine neue Studie in *Nature Communications* zur Strukturoptimierung von MBBR-Trägern (Moving Bed Biofilm Reactor). Die Forscher schlugen ein V-förmiges Trägerdesign vor, die sogenannte „hydrotopologische Strategie“, die eine aktive Steuerung des Biofilmwachstums durch die Veränderung der internen Fluidwege im Träger ermöglicht. Für Branchenexperten, die die Entwicklung der MBBR-Bioträgertechnologie seit Langem verfolgen, ist diese Studie nicht nur aufgrund der veränderten Trägerform von Interesse, sondern auch, weil sie versucht, eine seit langem bestehende technische Herausforderung zu lösen: Verstopfung und verringerte Stoffaustauscheffizienz aufgrund übermäßiger Biofilmverdickung. In herkömmlichen MBBR-Systemen lagern sich mit zunehmender Betriebsdauer Mikroorganismen kontinuierlich an der Trägeroberfläche an und bilden Biofilme. Nach einer gewissen Nutzungsdauer verdicken sich diese Biofilme. Obwohl die gesamte mikrobielle Biomasse im System zunimmt – was theoretisch die Gesamteffizienz verbessern sollte –, sinkt die tatsächliche Diffusionseffizienz von Sauerstoff und Schadstoffen in den Biofilm.

In unserem Projekt zur Abwasserbehandlung in der Lebensmittelverarbeitung in Südostasien stießen wir auf ein ähnliches Problem: Nach einigen Betriebsjahren war die Biofilmbildung in den Trägern oft deutlich sichtbar. In vielen Kläranlagen müssen MBBR-Träger und mikroporöse Belüfter nach einigen Jahren gespült oder ausgetauscht werden, was einen erheblichen Aufwand darstellt. Interessanterweise ist das langfristige Biofilmmanagement in Kundengesprächen mittlerweile ein wichtigeres Thema als die reine Trägeroberfläche. Laut dem Forschungsteam verändert die neuartige V-förmige Struktur den Wasserfluss im Träger und erzeugt so unterschiedliche hydraulische Scherspannungen in verschiedenen Zonen. Bei übermäßigem Biofilmwachstum fördert die höhere lokale Scherspannung die Ablösung des gealterten Biofilms; in Bereichen, in denen aktive Biomasse erhalten werden muss, bleibt hingegen ein relativ stabiles Anhaftungsmilieu erhalten. Die Forscher beschreiben diesen Mechanismus als Biofilmkontrollmethode mit „selbstregulierenden“ Eigenschaften. Basierend auf den experimentellen Ergebnissen zeigt dieses Design ein erhebliches Potenzial zur Aufrechterhaltung der Biofilmstabilität und zur Verhinderung interner Verstopfungen. Es bleibt jedoch unklar, ob es auch bei drastischen Schwankungen der Abwasserzusammensetzung eine gleichwertige Leistung erbringt. Zur Marktakzeptanz ist eine weitere Validierung durch praktische Projekte erforderlich.

Aus Sicht der Branchenentwicklung sendet diese Forschung ein wichtiges Signal: Der zukünftige Wettbewerbsfokus für MBBR-Träger könnte sich von der reinen Vergrößerung der spezifischen Oberfläche hin zu einem stärkeren Fokus auf hydrodynamisches Design und Biofilmmanagement verlagern. In den letzten zehn Jahren konzentrierten sich die Optimierungsbemühungen für die meisten MBBR-Trägerprodukte auf Kennzahlen wie effektive Oberfläche, Biofilmbildungsrate und Materialfestigkeit. Diese Studie legt jedoch nahe, dass die aktive Kontrolle der Biofilmdicke durch strukturelles Design ein zentraler Aspekt für die Forschung und Entwicklung der nächsten Trägergeneration werden könnte. Für MBBR-Trägerhersteller bedeutet dies auch, dass zukünftige Systemdesigns die Synergie zwischen Träger und Belüftungssystem stärker berücksichtigen werden. Eine praktische Frage bleibt jedoch offen: Lassen sich solch komplexe interne Geometrien kosteneffizient in großem Maßstab herstellen? Wir haben beobachtet, dass in den letzten Jahren immer mehr Kunden aus den Bereichen Kreislaufanlagen für Aquakultur (RAS), industrielle Abwasseraufbereitung und kommunale Abwasserbehandlung mit hoher Belastung den Fokus auf die Betriebsstabilität bei höheren Packungsdichten legen. Mit zunehmender Packungsdichte treten die Herausforderungen des Stofftransports und der Verstopfung bei herkömmlichen Trägern immer deutlicher hervor. Der Wert der Forschung an V-förmigen Trägern liegt nicht nur in der Entwicklung eines neuen Strukturdesigns, sondern auch in einem neuen technischen Ansatz für die zukünftige Entwicklung von MBBR-Systemen mit hoher Packungsdichte.