Принципът на бактериално отстраняване на органични вещества

Хетеротрофните бактерии използват ХПК/БПК органични замърсители в отпадъчните води като въглеродни и енергийни източници, като ги разлагат при аеробни/анаеробни условия. Процесът включва големи молекули → малки молекули → CO₂, вода, метан и бактериална утайка, като по този начин премахва замърсителите от водата.

1. Екстрацелуларна хидролиза (предварително третиране на макромолекули)

Големи молекули като нишесте, масла, протеини и целулоза в отпадъчните води не могат да проникнат през клетъчната мембрана. Бактериите отделят извънклетъчни ензими (амилаза, протеаза, липаза):

• Протеини → Аминокиселини

• Полизахариди → Глюкоза

• Масла → Глицерол + Мастни киселини Само когато големите молекули се превърнат в разтворими малки органични молекули, те могат да бъдат абсорбирани от бактериите.

2. Трансмембранен активен транспорт (влизане в клетката)

Малките органични молекули разчитат на протеини носители и активно консумират енергия, за да преминат през клетъчната мембрана и да навлязат в цитоплазмата.

3. Вътреклетъчен биохимичен метаболизъм (разграждане на сърцевината, разделено на аеробен/анаеробен)

(1) Аеробни бактерии (активна утайка, аеробен резервоар, MBR)

Аеробно дишане: O₂ действа като акцептор на електрони

1. Гликолиза: Органична материя → пируват, малко количество АТФ

2. Цикъл на трикарбоксилната киселина (TCA): пълно окислително разлагане

3. Електронна транспортна верига: O₂ се комбинира с H, за да генерира H₂O
Краен продукт: CO₂ + H₂O + нови бактерии (пролиферация, образуване на излишна утайка)
Повечето общински отпадъчни води разчитат на аеробни бактерии за отстраняване на БПК.

(2) Анаеробни бактерии (анаеробен резервоар, хидролизно подкисляване, UASB)

Без молекулярен кислород; CO₃²⁻/органичната материя е акцепторът на електрони и процесът протича на три етапа:

1. Бактерии,-произвеждащи хидролитична киселина: Малки молекули → Летливи мастни киселини (VFA) (оцетна киселина, пропионова киселина)

2. Водород-произвеждащи оцетна киселина-произвеждащи бактерии: дълго-верижни VFA → Оцетна киселина + H₂/CO₂

3. Метаногенни бактерии: Оцетна киселина/H₂ + CO₂ → CH₄ + CO₂ Крайни продукти: Метан + въглероден диоксид + малко количество бактериални клетки. Разграждането на отпадъчните води с висока -концентрация и утайки разчита на анаеробно разграждане.

(3) Анаеробни денитрифициращи бактерии (А/О аноксична секция)

Използвайки NO3- вместо O₂ като акцептор на електрони, те разграждат органичната материя, като същевременно премахват нитратен азот → N₂:
Органична материя + NO3- → CO2 + N2↑ + H2O
Приложение: Процес на денитрификация на отпадъчни води

1. Минерализация (приблизително 70%): Напълно се разлага на CO₂, H₂O и CH₄, превръщайки се в газове, които напускат водното тяло;

2. Асимилация и синтез (20%~30%): Органичната материя синтезира нови бактериални клетки, превръщайки се в активна утайка/излишна утайка, която се отстранява от водата чрез отделяне на утайката-вода във вторичния утаителен резервоар;

3. Малко количество: Остатъчни междинни продукти.

• Аеробни: DO=2~3 mg/L, pH 6,5~8,5, подходяща температура 20~35 градуса;

• Анаеробни: Строго анаеробни, pH 6,8~7,5, метаногените процъфтяват при 30~38 градуса;

• Съотношение на хранителни вещества: БПК:N:P ≈ 100:5:1, бактериите с дефицит на азот и фосфор не могат да растат и разграждането е нарушено.