Nedbrytning av organisk karbon i biofilmer

Han har sett på hastigheten av, og mekanismene for nedbrytning av organiske partikler og polymerer i bakteriekulturer festet til overflater.

Mer enn halvdelen av de organiske komponentene i avløpsvann (kloakk) er små partikler eller store polymerer. Disse komponentene må brytes ned til små molekyler før bakterier kan fjerne disse. Det har lenge vært usikkert hvordan disse organiske fraksjonene omsettes i lagdelte bakteriekulturer, biofilmer, som blant annet benyttes i vannrenseanlegg. Dynamikken knyttet til omsetning av disse sakte nedbrytbare organiske komponentene var hovedtema for arbeidet.

Gjennom eksperimenter med biofilmer med opprinnelse fra renseanlegg, ble en modellpolymer, Dekstran, og ekstraherte partikler fra avløpsvann benyttet i laboratorieskala bioreaktorer. Resultatene viste at nedbrytningshastigheten avtok systematisk med størrelsen på polymeren/partikkelen, og at dette skyldes begrenset transport inn i biofilmen. Videre viste enzymstudier at nedbrytningen skjer ved bakterienes overflate, og at små mellomprodukter kan akkumuleres utenfor biofilmene. Matematiske modeller av de eksperimentelle systemene bekreftet denne mekanismen, og simuleringer viste hvordan transportbegrensninger reduserer den observerte nedbrytningshastigheten.

Resultatene gir større forståelse for hvordan sakte nedbrytbart organisk materiale omsettes i naturlige og industrielle biofilmprosesser. Kunnskapen knyttet til nedbrytningsmekanismer og hastighet vil kunne benyttes til bedre design og drift av avløpsrenseanlegg. Videre har resultatene mer allsidig akademisk verdi i form av økt forståelse for de samme mekanismene i naturlige miljøer. Arbeidet har også framskaffet en mekanistisk matematisk modell for kvantitativ beskrivelse av nedbrytning av polymert organisk karbon.

Avhandlingen har tittelen «Degradation of polymeric and particulate organic carbon in biofilms / Nedbrytning av polymert og partikulært organisk karbon i biofilmer». Arbeidet er utført ved Institutt for miljøteknologi, Høgskolen i Telemark, med professor Rune Bakke som veileder. Arbeidet er finansiert av KUF-stipend, med delfinansiering av forskningsopphold ved Danmarks Tekniske Universitet fra EUs 5. rammeprogram gjennom prosjektet «BioToBio».

Roald Kommedal er MSc (1994) fra Herriot-Watt University, Edinburgh, og BSc (1993) fra Teknisk miljøvern, Høgskolesenteret i Rogaland. Han er ansatt som post doc i miljøbioteknologi ved Høgskolen i Stavanger og har disputert for graden PhD ved NTNU.