Princíp bakteriálneho odstraňovania organickej hmoty

Heterotrofné baktérie využívajú organické znečisťujúce látky CHSK/BOD v odpadových vodách ako zdroje uhlíka a energie, pričom ich rozkladajú za aeróbnych/anaeróbnych podmienok. Proces zahŕňa veľké molekuly → malé molekuly → CO₂, vodu, metán a bakteriálny kal, čím sa z vody odstraňujú znečisťujúce látky.

1. Extracelulárna hydrolýza (predúprava makromolekúl)

Veľké molekuly ako škrob, oleje, bielkoviny a celulóza v odpadovej vode nemôžu preniknúť cez bunkovú membránu. Baktérie vylučujú extracelulárne enzýmy (amyláza, proteáza, lipáza):

• Proteíny → Aminokyseliny

• Polysacharidy → Glukóza

• Oleje → Glycerol + mastné kyseliny Len keď sa veľké molekuly premenia na rozpustné malé organické molekuly, môžu ich absorbovať baktérie.

2. Transmembránový aktívny transport (vstup do bunky)

Malé organické molekuly sa spoliehajú na nosné proteíny a aktívne spotrebúvajú energiu na prechod cez bunkovú membránu a vstup do cytoplazmy.

3. Intracelulárny biochemický metabolizmus (degradácia jadra, rozdelená na aeróbny/anaeróbny)

(1) Aeróbne baktérie (aktivovaný kal, aeróbna nádrž, MBR)

Aeróbne dýchanie: O₂ pôsobí ako akceptor elektrónov

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

2. Cyklus trikarboxylových kyselín (TCA): úplný oxidačný rozklad

3. Elektrónový transportný reťazec: O₂ sa spája s H za vzniku H2O
Konečný produkt: CO₂ + H₂O + nové baktérie (proliferácia, tvorba prebytočného kalu)
Väčšina komunálnych odpadových vôd sa pri odstraňovaní BSK spolieha na aeróbne baktérie.

(2) Anaeróbne baktérie (anaeróbna nádrž, okyslenie hydrolýzou, UASB)

Žiadny molekulárny kyslík; CO₃²⁻/organická hmota je akceptorom elektrónov a proces prebieha v troch fázach:

1. Baktérie produkujúce hydrolytickú kyselinu-: Malé molekuly → Prchavé mastné kyseliny (VFA) (kyselina octová, kyselina propiónová)

2. Vodík-produkujúce kyselinu octovú-baktérie produkujúce: VFA s dlhým-reťazcom → Kyselina octová + H₂/CO₂

3. Metanogénne baktérie: Kyselina octová/H₂ + CO₂ → CH₄ + CO₂ Konečné produkty: Metán + Oxid uhličitý + malé množstvo bakteriálnych buniek. Digescia odpadových vôd a kalov s vysokou koncentráciou závisí od anaeróbnej degradácie.

(3) Anaeróbne denitrifikačné baktérie (A/O Anoxická sekcia)

Použitím NO3- namiesto O₂ ako akceptora elektrónov degradujú organickú hmotu a súčasne odstraňujú dusičnanový dusík → N₂:
Organická hmota + NO3- → CO2 + N2↑ + H2O
Použitie: Proces denitrifikácie odpadových vôd

1. Mineralizácia (približne 70 %): Úplne sa rozloží na CO₂, H2O a CH₄, čím sa stávajú plynmi, ktoré opúšťajú vodný útvar;

2. Asimilácia a syntéza (20 %~30 %): Organická hmota syntetizuje nové bakteriálne bunky, pričom sa stáva aktivovaným kalom/nadbytočným kalom, ktorý sa z vody odstraňuje prostredníctvom separácie kalovej{3}}vody v sekundárnej sedimentačnej nádrži;

3. Malé množstvo: Zvyškové medziprodukty.

• Aeróbne: DO=2~3 mg/l, pH 6,5~8,5, vhodná teplota 20~35 stupňov ;

• Anaeróbne: Striktne anaeróbne, pH 6,8~7,5, metanogénom sa darí pri 30~38 stupňoch;

• Pomer živín: BSK:N:P ≈ 100:5:1, baktérie s nedostatkom dusíka a fosforu nemôžu rásť a degradácia je narušená.