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 utilizzato regolarmente per il trattamento delle acque reflue e i batteri possono assorbire o scomporre le sostanze tossiche nell’acqua. I diversi tipi di reattori a biofilm includono reattori a membrana, letto fluido, letto impaccato, ponte aereo e reattori a coperta di fanghi anaerobici con flusso ascendente.
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, o per carica elettrica o attrazione chimica, o per la concentrazione di nutrienti vicino a questa superficie. Le cellule devono essere attaccate irreversibilmente alla superficie per formare un biofilm, cosa che avviene quando vengono prodotte sostanze polimeriche extracellulari (EPS). I biofilm si sviluppano nel reattore quando si formano canali d’acqua al loro interno in modo che i nutrienti possano raggiungere le aree sotterranee. Man mano che le sostanze nutritive si esauriscono, le cellule che si concentrano sulla produzione di EPS scompongono la matrice per il cibo e la fuga.
I nutrienti, la temperatura e la natura delle cellule influiscono sulla qualità di un reattore a biofilm. I reattori a biofilm a membrana, in cui il film cresce su una membrana a trasferimento di gas, sono un tipo. I batteri utilizzano un substrato in fase gassosa, che può essere idrogeno, ossigeno o metano, ammoniaca o anidride carbonica. I contaminanti, come nitrati, nitriti, clorati, bromato, arsenante, selenato e cloroformio, possono essere ridotti in prodotti innocui attraverso questo processo.
I media vengono agitati meccanicamente in un reattore a serbatoio agitato continuo, ma la miscela non può essere agitata quando è presente una struttura di supporto per il film. Un reattore a letto impaccato viene prima riempito con materiali di supporto prima che vengano introdotti i 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 a letto superiore sono alimentati dall’alto, ma non tutte le cellule del film ricevono i nutrienti. Altri reattori includono letto fluidizzato, adatto per abbattere sostanze chimiche fenoliche tossiche, e reattori per trasporto aereo, che mescolano l’aria dal fondo con il liquido in due tubi.
Per il trattamento delle acque, i reattori anaerobici a mantello di fanghi con flusso ascendente trattano acque reflue ed effluenti industriali. Un reattore a biofilm può essere utilizzato anche per abbattere gas e odori. Nel complesso, può trattare grandi volumi di acqua o fluido a velocità elevate, creando un processo industriale efficiente.