مکانیزم فرآيند رشد چسبيده

مکانیزم فرآيند رشد چسبيده که بمنظور حذف سوبستره از طریق فرآیند رشد چسبیده اجرا می گردد شامل بيوفيلم در يك سيستم با فرآيند رشد ثابت است. فرآیند حذف سوبستره که شامل ميكروارگانيسم ها، مواد ذره اي و پليمرهاي خـارج سلولي چسبيده به سطح مواد بستر است كه ممكن است پلاستيك ، سنگ يا مواد ديگـر باشـد. فرآیند رشد چسبیده به روش MMBR یکی از روش های تصفیه رشد چسبیده می باشد که دیاگرام آن در شکل زیر نمایش داده شده است.

سينتيك هاي رشد و مصرف سوبستراي توصيف شده براي فرآيند رشد معلق با غلظت سوبستراي محلول در مايع حجيم مرتبط است. در فرآيند رشد ثابـت، سوبـسترا در محـدوده بيوفيلم مصرف مي شود. با توجه به شرايط رشد و هيدروديناميكي سيستم، ضـخامت لايـه بيولـوژيكي ممكن است بين 100ميكرومتر تا 10ميلي متر باشد. يك لايه مايع ايستا(لايه نفـوذي)، بيـوفيلم را از مايع حجيم كه در بالاي سطح بيوفيلم جريان دارد و يا در بيرون فيلم ثابت مخلوط شده است، جـدا مي كند.

سوبسترا، اكسيژن و مواد مغذي در عرض لايه مايع ايستا به عمق بيوفيلم نفوذ مي كند و محصولات ناشي از تجزيه بيولوژيكي بعد از نفوذ به فيلم ثابت از طريق بيوفيلم وارد مايع حجيم مي شود. غلظت سوبسترا در سطح بيوفيلم، همزمان با مصرف شدن سوبسترا و نفوذ به داخل لايه بيوفيلم در عمق بيـوفيلم كـاهش مـي یابد.

در اين حالت گفته مي شود كه فرآيند از نظر نفوذ محدود شده است. غلظت سوبسترا و اكـسيژن در محدوده فيلم نسبت به غلظت مايع حجيم، كمتر است و با عمق بيوفيلم و سرعت مصرف سوبـسترا تغيير مي كند. سرعت كلي مصرف سوبسترا كمتر از مقدار پيش بيني شده بر اساس غلظت سوبستراي مايع حجيم است. حجم كل سوبستراي مصرفي بازاي هر واحد سطح مقطـع عرضـي بيـوفيلم بايـد در عرض لايه ثابت نفوذ كند. اين سرعت انتقال جرم، فلاكس سطحي نام دارد و بصورت جـرم بـازاي هـر واحد سطح در واحد زمان بيان شده است.

در واقع، لايه بيوفيلم سـطح پيچيـده غيـر يكنواخت با برآمدگي ناصاف است كه خيلي شبيه به برآمدگي و فرورفتگي است و به نظر داراي خلل و فرج افقي و عمودي است كه مايع از وسط آن عبور مي كند. جرم سلولي داخل بيوفيلم خيلي متـراكم
است و ممكن است از نظر چگالي و عمق متفـاوت باشـد. غلظـت VSSدر بيـوفيلم ممكـن اسـت در محدوده 40-100 mg/lباشد.

رشد يكنواخت در عرض مديا نيـز بـدليل پديـده اسـلافينگ دوره اي و همچنين شكل مـديا و هيـدروديناميك آن اتفـاق نمـي افتـد. مـدلهاي مكانيكي توسط بعضي محققين براي توصيف سينتيكهاي انتقال جرم و مصرف بيولوژيكي سوبـسترا در بيوفيلم گسترش يافته است.  و ابزارهاي مناسبي براي ارزيابي فرآيندهاي بيوفيلم فراهم كـرده اسـت . هـر چنـد بـه دليل پيچيدگي راكتورهاي رشد چسبيده و عدم توانـايي بـراي تعريـف دقيـق پارامترهـاي فيزيكـي و ضرايب مدل، روابط تجربي بر اساس عملكرد مـشاهده شـده در طراحـي اسـتفاده شـده اسـت.