Принцип бактеріального видалення органічних речовин

Гетеротрофні бактерії використовують органічні забруднювачі COD/BOD у стічних водах як джерела вуглецю та енергії, розкладаючи їх в аеробних/анаеробних умовах. Процес включає великі молекули → малі молекули → CO₂, воду, метан і бактеріальний осад, таким чином видаляючи забруднюючі речовини з води.

1. Позаклітинний гідроліз (попередня обробка макромолекул)

Великі молекули, такі як крохмаль, олії, білки та целюлоза у стічних водах, не можуть проникнути через клітинну мембрану. Бактерії виділяють позаклітинні ферменти (амілазу, протеазу, ліпазу):

• Білки → Амінокислоти

• Полісахариди → Глюкоза

• Олії → Гліцерин + Жирні кислоти Тільки коли великі молекули перетворюються на розчинні малі органічні молекули, вони можуть бути поглинені бактеріями.

2. Трансмембранний активний транспорт (надходження в клітину)

Малі органічні молекули залежать від білків-переносників і активно споживають енергію, щоб перетнути клітинну мембрану та потрапити в цитоплазму.

3. Внутрішньоклітинний біохімічний метаболізм (розпад ядра, розділений на аеробний/анаеробний)

(1) Аеробні бактерії (активний мул, аеробний резервуар, MBR)

Аеробне дихання: O₂ діє як акцептор електронів

1. Гліколіз: Органічні речовини → піруват, невелика кількість АТФ

2. Цикл трикарбонових кислот (ТКК): повний окисний розпад

3. Ланцюг транспортування електронів: O₂ поєднується з H, утворюючи H₂O
Кінцевий продукт: CO₂ + H₂O + нові бактерії (проліферація, утворення надлишкового мулу)
Більшість міських стічних вод покладаються на аеробні бактерії для видалення БПК.

(2) Анаеробні бактерії (анаеробний резервуар, гідролізне підкислення, UASB)

Відсутність молекулярного кисню; CO₃²⁻/органічна речовина є акцептором електронів, і процес проходить у три етапи:

1. Бактерії, що виробляють-гідролітичну кислоту: малі молекули → леткі жирні кислоти (ЛЖК) (оцтова кислота, пропіонова кислота)

2. Бактерії,-що виробляють оцтову кислоту-, що виробляють водень: довго{3}}ланцюгові VFA → Оцтова кислота + H₂/CO₂

3. Метаногенні бактерії: оцтова кислота/H₂ + CO₂ → CH₄ + CO₂ Кінцеві продукти: метан + вуглекислий газ + невелика кількість бактеріальних клітин. Висока-концентрація стічних вод і зброджування осаду залежить від анаеробного розкладання.

(3) Анаеробні денітрифікуючі бактерії (аноксична секція A/O)

Використовуючи NO3- замість O₂ як акцептор електронів, вони розкладають органічну речовину, одночасно видаляючи нітратний азот → N₂:
Органічні речовини + NO3- → CO2 + N2↑ + H2O
Застосування: процес денітрифікації стічних вод

1. Мінералізація (приблизно 70%): повністю розкладається на CO₂, H₂O та CH₄, перетворюючись на гази, які залишають водойму;

2. Асиміляція та синтез (20% ~ 30%): органічна речовина синтезує нові бактеріальні клітини, стаючи активним мулом/надлишковим мулом, який видаляється з води через мул-відділення води у вторинному відстійнику;

3. Невелика кількість: залишкові проміжні продукти.

• Аеробні: DO=2~3 мг/л, pH 6,5~8,5, відповідна температура 20~35 градусів;

• Анаеробний: Строго анаеробний, pH 6,8~7,5, метаногени процвітають при 30~38 градусах;

• Співвідношення поживних речовин: БПК:N:P ≈ 100:5:1, бактерії з дефіцитом азоту та фосфору не можуть розвиватися, а розкладання порушується.