Princip bakteriálního odstraňování organické hmoty

Heterotrofní bakterie využívají organické polutanty CHSK/BOD v odpadních vodách jako zdroje uhlíku a energie a rozkládají je za aerobních/anaerobních podmínek. Proces zahrnuje velké molekuly → malé molekuly → CO₂, vodu, metan a bakteriální kal, čímž se z vody odstraňují znečišťující látky.

1. Extracelulární hydrolýza (předúprava makromolekul)

Velké molekuly, jako je škrob, oleje, bílkoviny a celulóza v odpadní vodě nemohou proniknout buněčnou membránou. Bakterie vylučují extracelulární enzymy (amyláza, proteáza, lipáza):

• Proteiny → Aminokyseliny

• Polysacharidy → Glukóza

• Oleje → Glycerol + mastné kyseliny Pouze když jsou velké molekuly přeměněny na rozpustné malé organické molekuly, mohou být absorbovány bakteriemi.

2. Transmembránový aktivní transport (vstup do buňky)

Malé organické molekuly se spoléhají na nosné proteiny a aktivně spotřebovávají energii, aby prošly buněčnou membránou a vstoupily do cytoplazmy.

3. Intracelulární biochemický metabolismus (degradace jádra, dělíme na aerobní/anaerobní)

(1) Aerobní bakterie (aktivovaný kal, aerobní nádrž, MBR)

Aerobní dýchání: O₂ působí jako akceptor elektronů

1. Glykolýza: Organická hmota → pyruvát, malé množství ATP

2. Cyklus trikarboxylové kyseliny (TCA): úplný oxidační rozklad

3. Elektronový transportní řetězec: O₂ se spojuje s H za vzniku H2O
Konečný produkt: CO₂ + H₂O + nové bakterie (množení, tvorba přebytečného kalu)
Většina komunálních odpadních vod se při odstraňování BSK spoléhá na aerobní bakterie.

(2) Anaerobní bakterie (anaerobní nádrž, hydrolyzační acidifikace, UASB)

Žádný molekulární kyslík; CO₃²⁻/organická hmota je akceptorem elektronů a proces probíhá ve třech fázích:

1. Bakterie produkující hydrolytickou kyselinu-: Malé molekuly → Těkavé mastné kyseliny (VFA) (kyselina octová, kyselina propionová)

2. Vodík-produkující kyselinu octovou-bakterie produkující: VFA s dlouhým-řetězcem → Kyselina octová + H₂/CO₂

3. Methanogenní bakterie: Kyselina octová/H₂ + CO₂ → CH₄ + CO₂ Konečné produkty: Metan + Oxid uhličitý + malé množství bakteriálních buněk. Digesce odpadních vod a kalů s vysokou koncentrací závisí na anaerobní degradaci.

(3) Anaerobní denitrifikační bakterie (A/O Anoxická sekce)

Použitím NO3- místo O₂ jako akceptoru elektronů degradují organickou hmotu a současně odstraňují dusičnanový dusík → N₂:
Organická hmota + NO3- → CO2 + N2↑ + H2O
Použití: Proces denitrifikace odpadních vod

1. Mineralizace (přibližně 70 %): Zcela se rozloží na CO₂, H2O a CH₄, čímž se stávají plyny, které opouštějí vodní útvar;

2. Asimilace a syntéza (20%~30%): Organická hmota syntetizuje nové bakteriální buňky a stává se aktivovaným kalem/přebytečným kalem, který je z vody odstraňován separací kalové-vody v sekundární sedimentační nádrži;

3. Malé množství: Zbytkové meziprodukty.

• Aerobní: DO=2~3 mg/L, pH 6,5~8,5, vhodná teplota 20~35 stupňů;

• Anaerobní: Přísně anaerobní, pH 6,8~7,5, metanogenům se daří při 30~38 stupních;

• Poměr živin: BSK:N:P ≈ 100:5:1, bakterie s nedostatkem dusíku a fosforu nemohou růst a degradace je narušena.