El principi de l'eliminació bacteriana de la matèria orgànica

Els bacteris heteròtrofs utilitzen contaminants orgànics DQO/DBO a les aigües residuals com a fonts de carboni i energia, descomposant-los en condicions aeròbiques/anaeròbiques. El procés implica molècules grans → molècules petites → CO₂, aigua, metà i fangs bacterians, eliminant així els contaminants de l'aigua.

1. Hidròlisi extracel·lular (pretractament de macromolècules)

Les molècules grans com ara midó, olis, proteïnes i cel·lulosa de les aigües residuals no poden penetrar a la membrana cel·lular. Els bacteris secreten enzims extracel·lulars (amilasa, proteasa, lipasa):

• Proteïnes → Aminoàcids

• Polisacàrids → Glucosa

• Olis → Glicerol + Àcids grassos Només quan les molècules grans es converteixen en molècules orgàniques petites solubles poden ser absorbides pels bacteris.

2. Transport actiu transmembrana (entrada a la cèl·lula)

Les petites molècules orgàniques es basen en proteïnes portadores i consumeixen activament energia per travessar la membrana cel·lular i entrar al citoplasma.

3. Metabolisme bioquímic intracel·lular (degradació del nucli, dividit en aeròbic/anaeròbic)

(1) Bacteris aeròbics (fang activat, tanc aeròbic, MBR)

Respiració aeròbica: O₂ actua com a acceptor d'electrons

1. Glucòlisi: Matèria orgànica → piruvat, una petita quantitat d'ATP

2. Cicle de l'àcid tricarboxílic (TCA): descomposició oxidativa completa

3. Cadena de transport d'electrons: O₂ es combina amb H per generar H₂O
Producte final: CO₂ + H₂O + nous bacteris (proliferació, formant excés de fang)
La majoria de les aigües residuals municipals depenen de bacteris aeròbics per eliminar la DBO.

(2) Bacteris anaeròbics (tanc anaeròbic, acidificació per hidròlisi, UASB)

Sense oxigen molecular; El CO₃²⁻/matèria orgànica és l'acceptor d'electrons i el procés transcorre en tres etapes:

1. Bacteris productors d'àcid hidrolític-: molècules petites → Àcids grassos volàtils (AGV) (àcid acètic, àcid propiònic)

2. Bacteris productors d'hidrogen-àcid acètic-: VFA-de cadena llarga → Àcid acètic + H₂/CO₂

3. Bacteris metanogènics: Àcid acètic/H₂ + CO₂ → CH₄ + CO₂ Productes finals: Metà + Diòxid de carboni + una petita quantitat de cèl·lules bacterianes. La digestió d'aigües residuals i fangs d'alta-concentració depèn de la degradació anaeròbica.

(3) Bacteris desnitrificants anaeròbics (secció anòxica A/O)

Utilitzant NO3- en lloc d'O₂ com a acceptor d'electrons, degraden la matèria orgànica alhora que eliminen nitrogen nitrat → N₂:
Matèria orgànica + NO3- → CO2 + N2↑ + H2O
Aplicació: Procés de desnitrificació d'aigües residuals

1. Mineralització (aproximadament un 70%): Es descomposa completament en CO₂, H₂O i CH₄, convertint-se en gasos que surten de la massa d'aigua;

2. Assimilació i síntesi (20%~30%): la matèria orgànica sintetitza noves cèl·lules bacterianes, convertint-se en fangs activats/excés de fangs, que s'eliminen de l'aigua mitjançant la separació de fangs-aigua al tanc de sedimentació secundari;

3. Quantitat petita: Productes intermedis residuals.

• Aeròbic: DO=2~3 mg/L, pH 6,5~8,5, temperatura adequada 20~35 graus;

• Anaeròbic: estrictament anaeròbic, pH 6,8 ~ 7,5, els metanògens prosperen a 30 ~ 38 graus;

• Relació de nutrients: DBO:N:P ≈ 100:5:1, els bacteris deficients en nitrogen i fòsfor no poden créixer i la degradació es veu afectada.