Princip bakterijskog uklanjanja organske tvari

Heterotrofne bakterije iskorištavaju KPK/BPK organske zagađivače u otpadnoj vodi kao izvore ugljika i energije, razlažući ih u aerobnim/anaerobnim uvjetima. Proces uključuje velike molekule → male molekule → CO₂, vodu, metan i bakterijski mulj, čime se uklanjaju zagađivači iz vode.

1. Izvanstanična hidroliza (prethodna obrada makromolekula)

Velike molekule poput škroba, ulja, proteina i celuloze u otpadnoj vodi ne mogu prodrijeti kroz staničnu membranu. Bakterije luče izvanstanične enzime (amilaza, proteaza, lipaza):

• Proteini → Aminokiseline

• Polisaharidi → Glukoza

• Ulja → Glicerol + Masne kiseline Tek kada se velike molekule pretvore u topive male organske molekule, bakterije ih mogu apsorbirati.

2. Transmembranski aktivni transport (ulazak u stanicu)

Male organske molekule oslanjaju se na proteine ​​nosače i aktivno troše energiju za prelazak stanične membrane i ulazak u citoplazmu.

3. Unutarstanični biokemijski metabolizam (razgradnja jezgre, podijeljena na aerobno/anaerobno)

(1) Aerobne bakterije (aktivni mulj, aerobni spremnik, MBR)

Aerobno disanje: O₂ djeluje kao akceptor elektrona

1. Glikoliza: Organska tvar → piruvat, mala količina ATP-a

2. Ciklus trikarboksilnih kiselina (TCA): potpuna oksidativna razgradnja

3. Lanac transporta elektrona: O₂ se spaja s H da bi se stvorio H₂O
Konačni proizvod: CO₂ + H₂O + nove bakterije (proliferacija, stvaranje viška mulja)
Većina komunalnih otpadnih voda oslanja se na aerobne bakterije za uklanjanje BPK.

(2) Anaerobne bakterije (anaerobni spremnik, zakiseljavanje hidrolizom, UASB)

Nema molekularnog kisika; CO₃²⁻/organska tvar je akceptor elektrona, a proces se odvija u tri faze:

1. Bakterije koje-proizvode hidrolitičku kiselinu: Male molekule → Hlapljive masne kiseline (VFA) (octena kiselina, propionska kiselina)

2. Bakterije koje-proizvode octenu kiselinu-koje proizvode vodik: dugo{3}}lanac VFA → octena kiselina + H₂/CO₂

3. Metanogene bakterije: Octena kiselina/H₂ + CO₂ → CH₄ + CO₂ Konačni proizvodi: Metan + Ugljični dioksid + mala količina bakterijskih stanica. Otpadna voda visoke{6}}koncentracije i digestija mulja oslanjaju se na anaerobnu razgradnju.

(3) Anaerobne denitrifikacijske bakterije (A/O anoksični odjel)

Koristeći NO3- umjesto O₂ kao akceptor elektrona, oni razgrađuju organsku tvar dok istovremeno uklanjaju nitratni dušik → N₂:
Organska tvar + NO3- → CO2 + N2↑ + H2O
Primjena: Proces denitrifikacije otpadnih voda

1. Mineralizacija (približno 70%): Potpuno se razgrađuje u CO₂, H₂O i CH₄, postajući plinovi koji napuštaju vodeno tijelo;

2. Asimilacija i sinteza (20%~30%): organska tvar sintetizira nove bakterijske stanice, postajući aktivni mulj/višak mulja, koji se uklanja iz vode kroz mulj-odvajanje vode u sekundarnom taložniku;

3. Mala količina: zaostali međuproizvodi.

• Aerobno: DO=2~3 mg/L, pH 6,5~8,5, prikladna temperatura 20~35 stupnjeva;

• Anaerobno: strogo anaerobno, pH 6,8~7,5, metanogeni napreduju na 30~38 stupnjeva;

• Omjer hranjivih tvari: BPK:N:P ≈ 100:5:1, bakterije s nedostatkom dušika i fosfora ne mogu rasti i razgradnja je poremećena.