Principiul eliminării bacteriene a materiei organice

Bacteriile heterotrofe utilizează poluanții organici COD/BOD din apele uzate ca surse de carbon și energie, descompunându-i în condiții aerobe/anaerobe. Procesul implică molecule mari → molecule mici → CO₂, apă, metan și nămol bacterian, eliminând astfel poluanții din apă.

1. Hidroliza extracelulară (pretratare cu macromolecule)

Moleculele mari, cum ar fi amidonul, uleiurile, proteinele și celuloza din apa reziduală nu pot pătrunde în membrana celulară. Bacteriile secretă enzime extracelulare (amilază, protează, lipază):

• Proteine ​​→ Aminoacizi

• Polizaharide → Glucoză

• Uleiuri → Glicerol + Acizi grași Numai atunci când moleculele mari sunt transformate în molecule organice mici solubile pot fi absorbite de bacterii.

2. Transport activ transmembranar (intrare în celulă)

Moleculele organice mici se bazează pe proteine ​​purtătoare și consumă în mod activ energie pentru a traversa membrana celulară și a intra în citoplasmă.

3. Metabolismul biochimic intracelular (degradarea miezului, împărțit în aerob/anaerob)

(1) Bacteriile aerobe (nămol activat, rezervor aerob, MBR)

Respirația aerobă: O₂ acționează ca un acceptor de electroni

1. Glicoliza: Materie organică → piruvat, o cantitate mică de ATP

2. Ciclul acidului tricarboxilic (TCA): descompunere oxidativă completă

3. Lanț de transport de electroni: O₂ se combină cu H pentru a genera H₂O
Produs final: CO₂ + H₂O + bacterii noi (proliferare, formând nămol în exces)
Majoritatea apelor uzate municipale se bazează pe bacterii aerobe pentru a elimina BOD.

(2) Bacteriile anaerobe (rezervor anaerob, acidificare prin hidroliză, UASB)

Fara oxigen molecular; CO₃²⁻/materia organică este acceptorul de electroni, iar procesul se desfășoară în trei etape:

1. Bacterii producătoare de acid hidrolitic-: molecule mici → Acizi grași volatili (AGV) (acid acetic, acid propionic)

2. Bacterii producătoare de hidrogen-acid acetic-: VFA-cu lanț lung → acid acetic + H₂/CO₂

3. Bacteriile metanogene: Acid acetic/H₂ + CO₂ → CH₄ + CO₂ Produse finale: Metan + Dioxid de carbon + o cantitate mică de celule bacteriene. Digestia apelor uzate și a nămolului cu concentrație mare-se bazează pe degradarea anaerobă.

(3) Bacteriile anaerobe denitrificatoare (secțiunea anoxică A/O)

Folosind NO3- în loc de O₂ ca acceptor de electroni, ele degradează materia organică în timp ce îndepărtează simultan azotul nitrat → N₂:
Materia organică + NO3- → CO2 + N2↑ + H2O
Aplicație: Proces de denitrificare a apelor uzate

1. Mineralizare (aproximativ 70%): Complet descompus în CO₂, H₂O și CH₄, devenind gaze care părăsesc corpul de apă;

2. Asimilare și Sinteză (20%~30%): Materia organică sintetizează noi celule bacteriene, devenind nămol activ/exces de nămol, care este îndepărtat din apă prin separarea nămol-apei în rezervorul de sedimentare secundar;

3. Cantitate mică: produse intermediare reziduale.

• Aerobic: DO=2~3 mg/L, pH 6,5~8,5, temperatură adecvată 20~35 grade;

• Anaerobi: strict anaerobi, pH 6,8~7,5, metanogene prosperă la 30~38 grade;

• Raportul nutrienților: BOD:N:P ≈ 100:5:1, bacteriile cu deficit de azot și fosfor nu pot crește și degradarea este afectată.