Zasada bakteryjnego usuwania materii organicznej

Bakterie heterotroficzne wykorzystują zanieczyszczenia organiczne ChZT/BZT w ściekach jako źródła węgla i energii, rozkładając je w warunkach tlenowych/beztlenowych. W procesie tym biorą udział duże cząsteczki → małe cząsteczki → CO₂, woda, metan i osad bakteryjny, usuwając w ten sposób zanieczyszczenia z wody.

1. Hydroliza zewnątrzkomórkowa (wstępna obróbka makrocząsteczek)

Duże cząsteczki, takie jak skrobia, oleje, białka i celuloza w ściekach nie mogą przeniknąć przez błonę komórkową. Bakterie wydzielają enzymy zewnątrzkomórkowe (amylazę, proteazę, lipazę):

• Białka → Aminokwasy

• Polisacharydy → Glukoza

• Oleje → Glicerol + Kwasy tłuszczowe Dopiero gdy duże cząsteczki zostaną przekształcone w rozpuszczalne małe cząsteczki organiczne, mogą zostać wchłonięte przez bakterie.

2. Przezbłonowy transport aktywny (wejście do komórki)

Małe cząsteczki organiczne opierają się na białkach nośnikowych i aktywnie zużywają energię, aby przejść przez błonę komórkową i dostać się do cytoplazmy.

3. Wewnątrzkomórkowy metabolizm biochemiczny (degradacja rdzenia z podziałem na tlenowe/beztlenowe)

(1) Bakterie tlenowe (osad czynny, zbiornik tlenowy, MBR)

Oddychanie tlenowe: O₂ pełni rolę akceptora elektronów

1. Glikoliza: materia organiczna → pirogronian, niewielka ilość ATP

2. Cykl kwasu trikarboksylowego (TCA): całkowity rozkład oksydacyjny

3. Łańcuch transportu elektronów: O₂ łączy się z H, tworząc H₂O
Produkt końcowy: CO₂ + H₂O + nowe bakterie (namnażanie, powstawanie osadu nadmiernego)
Większość ścieków komunalnych usuwa BZT za pomocą bakterii tlenowych.

(2) Bakterie beztlenowe (zbiornik beztlenowy, zakwaszanie metodą hydrolizy, UASB)

Brak tlenu cząsteczkowego; CO₃²⁻/materia organiczna jest akceptorem elektronów, a proces przebiega w trzech etapach:

1. Bakterie wytwarzające kwas hydrolityczny-: Małe cząsteczki → Lotne kwasy tłuszczowe (LKT) (kwas octowy, kwas propionowy)

2. Bakterie-wytwarzające wodór-kwas octowy: Długo-łańcuchowe VFA → Kwas octowy + H₂/CO₂

3. Bakterie metanogenne: Kwas octowy/H₂ + CO₂ → CH₄ + CO₂ Produkty końcowe: Metan + Dwutlenek węgla + niewielka ilość komórek bakteryjnych. Fermentacja ścieków i osadów o wysokim-stęeniu opiera się na degradacji beztlenowej.

(3) Beztlenowe bakterie denitryfikacyjne (sekcja beztlenowa A/O)

Wykorzystując NO3- zamiast O₂ jako akceptor elektronów, degradują materię organiczną, jednocześnie usuwając azot azotanowy → N₂:
Materia organiczna + NO3- → CO2 + N2↑ + H2O
Zastosowanie: Proces denitryfikacji ścieków

1. Mineralizacja (około 70%): Całkowity rozkład na CO₂, H₂O i CH₄, stając się gazami opuszczającymi zbiornik wodny;

2. Asymilacja i synteza (20%~30%): Materia organiczna syntetyzuje nowe komórki bakteryjne, stając się osadem czynnym/osadem nadmiernym, który jest usuwany z wody poprzez oddzielanie-wody od osadu w osadniku wtórnym;

3. Mała ilość: Pozostałości produktów pośrednich.

• Aerobik: DO=2~3 mg/L, pH 6,5~8,5, odpowiednia temperatura 20~35 stopni;

• Beztlenowe: Ściśle beztlenowe, pH 6,8 ~ 7,5, metanogeny rozwijają się w temperaturze 30 ~ 38 stopni;

• Stosunek składników odżywczych: BZT:N:P ≈ 100:5:1, bakterie z niedoborem azotu i fosforu nie mogą rosnąć, a degradacja jest upośledzona.