Un réacteur à biofilm utilise des colonies de bactéries dans des processus de laboratoire et industriels pour produire des substances telles que le vinaigre et l’acide acétique. Il est également utilisé pour fabriquer de l’éthanol, de l’acide lactique, du butanol, de l’acide fumarique et de l’acide succinique. Le biofilm est également utilisé régulièrement pour le traitement des eaux usées, et les bactéries peuvent soit absorber, soit décomposer les substances toxiques présentes dans l’eau. Les différents types de réacteurs à biofilm comprennent les réacteurs à membrane, à lit fluidisé, à lit tassé, à transport aérien et à couverture de boues anaérobies à flux ascendant.
À l’intérieur d’un réacteur à biofilm, les cellules bactériennes se développent dans une matrice structurelle et adhèrent à une surface. Les cellules individuelles doivent d’abord se fixer à une surface, soit par charge électrique ou attraction chimique, soit en raison de la concentration de nutriments près de cette surface. Les cellules doivent être irréversiblement attachées à la surface pour former un biofilm, ce qui se produit lorsque des substances polymères extracellulaires (EPS) sont produites. Des biofilms se développent dans le réacteur à mesure que des canaux d’eau se forment à l’intérieur afin que les nutriments puissent atteindre les zones souterraines. Au fur et à mesure que les nutriments sont épuisés, les cellules qui se concentrent sur la production d’EPS décomposent la matrice pour se nourrir et s’échapper.
Les nutriments, la température et la nature des cellules affectent la qualité d’un réacteur à biofilm. Les réacteurs à biofilm membranaire, dans lesquels le film se développe sur une membrane de transfert de gaz, sont un type. Un substrat en phase gazeuse, qui peut être soit de l’hydrogène, de l’oxygène ou du méthane, de l’ammoniac ou du dioxyde de carbone, est utilisé par les bactéries. Les contaminants, tels que les nitrates, les nitrites, les chlorates, le bromate, l’arsenant, le sélénate et le chloroforme, peuvent être réduits en produits inoffensifs grâce à ce processus.
Les milieux sont agités mécaniquement dans un réacteur à cuve agitée en continu, mais le mélange ne peut pas être agité lorsqu’il y a une structure de support pour le film. Un réacteur à lit fixe est d’abord rempli de matériaux de support avant l’introduction des bactéries et est alimenté de bas en haut en nutriments. Les cellules bactériennes ont tendance à se développer rapidement dans ce type de réacteur à biofilm. Les réacteurs à lit supérieur sont alimentés par le haut, mais toutes les cellules du film ne reçoivent pas les nutriments. D’autres réacteurs comprennent un lit fluidisé, adapté à la décomposition des produits chimiques phénoliques toxiques, et des réacteurs à transport aérien, qui mélangent l’air du fond avec du liquide dans deux tubes.
Pour le traitement de l’eau, les réacteurs à couverture de boues anaérobies à flux ascendant traitent les eaux usées et les effluents industriels. Un réacteur à biofilm peut également être utilisé pour décomposer les gaz ainsi que les odeurs. Dans l’ensemble, il peut traiter de grands volumes d’eau ou de fluide à des débits élevés, créant un processus industriel efficace.