Bioreaktorer är underjordiska diken fyllda med flis. De har fått draghjälp som ett verktyg för att ta bort kväve från vattnet i jordbruksmiljöer.

Vattnet som dräneras från åkrarna leds in i bioreaktorerna. Naturliga mikrober som lever på träflisen tar bort kväveföreningarna i vattnet när det rinner igenom.

Eftersom det är bakterierna som gör denna vattenreningsprocessen, det kallas en biologisk process, därav namnet bioreaktor.

Vattnet som kommer ut från bioreaktorerna har mycket mindre kväve, gör det hälsosammare för miljön.

I en ny studie, forskare testade parametrar som kan hjälpa till att uppskatta livslängden för dessa bioreaktorer. Forskningen publicerades i Agrosystems, Geovetenskap &Miljö , en publikation av American Society of Agronomy and Crop Science Society of America.

"Vårt mål är att ge bönder och andra intressenter en bättre förståelse för hur länge dessa system kommer att hålla när de används i fält, " säger Abby Schaefer, huvudförfattare till studien.

Studien sträckte sig över två år. Forskarna testade nio bioreaktorer. Vid slutet av den tiden, alla bioreaktorer tog fortfarande effektivt bort kväve från vattnet.

Att ta bort kväve från dräneringsvattnet i jordbruksmiljöer är avgörande eftersom kväve kan vara ett tveeggat svärd.

Grödor behöver kväve för att växa och producera mat. Men för mycket kväve på fel ställe kan orsaka problem.

Överskott av kväve kan förorena grundvatten och vattendrag. I dessa vattenmiljöer, för mycket kväve kan underblåsa skadliga algblomningar.

Algerna använder snabbt allt syre i vattendrag. Detta kan leda till döda zoner, som är områden med för lite syre för att försörja livet.

Träflisbioreaktorer är ett sätt att minska mängden kväve som kommer in i vattendrag. Bioreaktorerna har flera fördelar jämfört med andra denitrifieringstekniker.

Bioreaktorer kan konsekvent minska 30-50% av kväveföreningar från vatten. "Vissa bioreaktorer kan uppnå ännu högre minskningar, ", tillägger Schäfer.

"Bioreaktorer kräver väldigt lite mark för att tas bort från växtodlingen, " säger Schäfer. "Dessutom, de kräver väldigt lite underhåll."

Bioreaktorerna påverkar inte heller effektiviteten hos dräneringssystem för gårdsplattor. Detta innebär att vatten i fält fortfarande kan dräneras för att förhindra översvämningar.

En utmaning med flisbioreaktorer är sättningen och nedbrytningen av flisen. Detta påverkar hur effektivt bioreaktorerna fungerar.

Forskarna fann att flisen närmare bioreaktorernas ingång satte sig och bröts ner snabbare än flis längre inne.

Det är ett viktigt fynd. Träspån nära bioreaktorns inlopp kan fyllas på utan att hela bioreaktorn behöver grävas ut.

Dessutom, forskarna fastställde att de första tre fjärdedelarna av bioreaktorerna var där de flesta kväveföreningarna avlägsnades från vattnet.

Det betyder att byte av träflis nära ingångspunkten för en bioreaktor kan förlänga livslängden.

Teamet studerade också hur lång tid en viss droppe vatten tillbringar i bioreaktorn. Denna mätning kallas den hydrauliska retentionstiden.

"Hydraulisk retentionstid är ett av huvudkriterierna för att designa denitrifierande bioreaktorer, " säger Schaefer. "Vi ville förstå vilken inverkan retentionstiden har på alla aspekter av bioreaktorns prestanda."

Forskarna testade tre olika hydrauliska retentionstider:två timmar, åtta timmar och 16 timmar. De flesta förändringar som setts i bioreaktorerna över tiden var likartade för de olika retentionstiderna som testades.

Dock, träflis bröts ner snabbare när den hydrauliska retentionstiden var två timmar. Men dessa bioreaktorer tog fortfarande bort kväveföreningar från vatten effektivt.

Schaefer och kollegor siktar nu på att få en bättre förståelse för hur bioreaktorerna fungerar över ännu längre tidsperioder.