Ein Biofilmreaktor nutzt Bakterienkolonien in Labor- und Industrieprozessen, um Substanzen wie Essig und Essigsäure herzustellen. Es wird auch verwendet, um Ethanol, Milchsäure, Butanol, Fumarsäure und Bernsteinsäure herzustellen. Auch bei der Abwasserreinigung wird regelmäßig Biofilm eingesetzt, und die Bakterien können Giftstoffe im Wasser entweder aufnehmen oder abbauen. Zu den verschiedenen Arten von Biofilmreaktoren gehören Membran-, Wirbelschicht-, Festbett-, Airlift- und anaerobe Schlamm-Deckreaktoren mit Aufwärtsströmung.
In einem Biofilmreaktor wachsen Bakterienzellen innerhalb einer strukturellen Matrix und haften an einer Oberfläche. Einzelne Zellen müssen sich zuerst an einer 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 befestigt werden, um einen Biofilm zu bilden, der bei der Produktion extrazellulärer polymerer Substanzen (EPS) geschieht. Biofilme entwickeln sich im Reaktor, da sich darin Wasserkanäle bilden, damit Nährstoffe in unterirdische Bereiche gelangen können. Wenn die Nährstoffe aufgebraucht sind, bauen Zellen, die sich auf die Produktion von EPS konzentrieren, die Matrix für Nahrung und zum Entweichen auf.
Nährstoffe, Temperatur und die Beschaffenheit der Zellen beeinflussen die Qualität eines Biofilmreaktors. Ein Typ sind Membranbiofilmreaktoren, bei denen der Film auf einer Gastransfermembran aufwächst. Die Bakterien verwenden ein Gasphasensubstrat, das entweder Wasserstoff, Sauerstoff oder Methan, Ammoniak oder Kohlendioxid sein kann. Schadstoffe wie Nitrate, Nitrite, Chlorate, Bromat, Arsenant, Selenat und Chloroform können durch diesen Prozess zu unbedenklichen Produkten reduziert werden.
Die Medien werden in einem kontinuierlichen Rührkesselreaktor mechanisch gerührt, jedoch kann die Mischung nicht gerührt werden, wenn eine Stützstruktur für den Film vorhanden ist. Ein Festbettreaktor wird vor dem Einbringen der Bakterien zunächst mit Trägermaterialien befüllt und von unten nach oben mit Nährstoffen versorgt. Bakterienzellen neigen dazu, in dieser Art von Biofilmreaktor schnell zu wachsen. Oberbettreaktoren werden von oben beschickt, aber nicht jede Zelle im Film erhält die Nährstoffe. Andere Reaktoren umfassen Wirbelschicht, die zum Abbau giftiger phenolischer Chemikalien geeignet sind, und Airlift-Reaktoren, die Luft vom Boden mit Flüssigkeit in zwei Rohren mischen.
Zur Wasseraufbereitung verarbeiten anaerobe Aufstrom-Schlamm-Deckreaktoren Abwasser und Industrieabwässer. Ein Biofilmreaktor kann auch zum Abbau von Gasen sowie Gerüchen verwendet werden. Insgesamt kann es große Mengen an Wasser oder Flüssigkeit mit hohen Raten aufbereiten, wodurch ein effizienter industrieller Prozess entsteht.