Principen för bakteriellt avlägsnande av organiskt material

Heterotrofa bakterier använder COD/BOD organiska föroreningar i avloppsvatten som kol- och energikällor och sönderdelar dem under aeroba/anaeroba förhållanden. Processen involverar stora molekyler → små molekyler → CO₂, vatten, metan och bakterieslam, vilket tar bort föroreningar från vattnet.

1. Extracellulär hydrolys (makromolekylförbehandling)

Stora molekyler som stärkelse, oljor, proteiner och cellulosa i avloppsvatten kan inte penetrera cellmembranet. Bakterier utsöndrar extracellulära enzymer (amylas, proteas, lipas):

• Proteiner → Aminosyror

• Polysackarider → Glukos

• Oljor → Glycerol + Fettsyror Endast när stora molekyler omvandlas till lösliga små organiska molekyler kan de tas upp av bakterier.

2. Transmembran aktiv transport (inträde i cellen)

Små organiska molekyler är beroende av bärarproteiner och förbrukar aktivt energi för att korsa cellmembranet och komma in i cytoplasman.

3. Intracellulär biokemisk metabolism (kärnnedbrytning, uppdelad i aerob/anaerob)

(1) Aeroba bakterier (aktiverat slam, aerob tank, MBR)

Aerob andning: O₂ fungerar som en elektronacceptor

1. Glykolys: Organiskt material → pyruvat, en liten mängd ATP

2. Trikarboxylsyracykel (TCA): fullständig oxidativ nedbrytning

3. Elektrontransportkedja: O₂ kombineras med H för att generera H₂O
Slutprodukt: CO₂ + H₂O + nya bakterier (proliferation, bildande av överskott av slam)
De flesta kommunala avloppsvatten är beroende av aeroba bakterier för att ta bort BOD.

(2) Anaeroba bakterier (anaerob tank, hydrolysförsurning, UASB)

Inget molekylärt syre; CO₃²⁻/organiskt material är elektronacceptorn, och processen fortskrider i tre steg:

1. Hydrolytisk syra-producerande bakterier: Små molekyler → Flyktiga fettsyror (VFA) (ättiksyra, propionsyra)

2. Väte-producerande ättiksyra-producerande bakterier: Lång-VFA → Ättiksyra + H₂/CO₂

3. Metanogena bakterier: Ättiksyra/H₂ + CO₂ → CH₄ + CO₂ Slutprodukter: Metan + Koldioxid + en liten mängd bakterieceller. Hög-koncentration av avloppsvatten och slamrötning är beroende av anaerob nedbrytning.

(3) Anaeroba denitrifierande bakterier (A/O anoxisk sektion)

Genom att använda NO3- istället för O₂ som elektronacceptor bryter de ned organiskt material samtidigt som de tar bort nitratkväve → N₂:
Organiskt material + NO3- → CO2 + N2↑ + H2O
Användning: Denitrifieringsprocess för avloppsvatten

1. Mineralisering (cirka 70%): Helt sönderdelad till CO₂, H₂O och CH4 och blir till gaser som lämnar vattenkroppen;

2. Assimilering och syntes (20%~30%): Organiskt material syntetiserar nya bakterieceller och blir till aktivt slam/överskottsslam, som avlägsnas från vattnet genom slam-vattenavskiljning i den sekundära sedimentationstanken;

3. Liten mängd: Resterande mellanprodukter.

• Aerobic: DO=2~3 mg/L, pH 6,5~8,5, lämplig temperatur 20~35 grader;

• Anaerob: Strikt anaerob, pH 6,8~7,5, metanogener trivs vid 30~38 grader;

• Näringsförhållande: BOD:N:P ≈ 100:5:1, bakterier som saknar kväve och fosfor kan inte växa och nedbrytningen försämras.