Princippet om bakteriel fjernelse af organisk materiale

Heterotrofe bakterier udnytter COD/BOD organiske forurenende stoffer i spildevand som kulstof- og energikilder og nedbryder dem under aerobe/anaerobe forhold. Processen involverer store molekyler → små molekyler → CO₂, vand, metan og bakterieslam og fjerner dermed forurenende stoffer fra vandet.

1. Ekstracellulær hydrolyse (makromolekyle forbehandling)

Store molekyler som stivelse, olier, proteiner og cellulose i spildevand kan ikke trænge igennem cellemembranen. Bakterier udskiller ekstracellulære enzymer (amylase, protease, lipase):

• Proteiner → Aminosyrer

• Polysaccharider → Glukose

• Olier → Glycerol + Fedtsyrer Kun når store molekyler omdannes til opløselige små organiske molekyler, kan de optages af bakterier.

2. Transmembran aktiv transport (indgang i cellen)

Små organiske molekyler er afhængige af bærerproteiner og forbruger aktivt energi for at krydse cellemembranen og komme ind i cytoplasmaet.

3. Intracellulær biokemisk metabolisme (kernenedbrydning, opdelt i aerob/anaerob)

(1) Aerobe bakterier (aktiveret slam, aerob tank, MBR)

Aerob respiration: O₂ fungerer som en elektronacceptor

1. Glykolyse: Organisk stof → pyruvat, en lille mængde ATP

2. Tricarboxylsyrecyklus (TCA): fuldstændig oxidativ nedbrydning

3. Elektrontransportkæde: O₂ kombineres med H for at generere H₂O
Slutprodukt: CO₂ + H₂O + nye bakterier (spredning, dannelse af overskydende slam)
Det meste kommunalt spildevand er afhængig af aerobe bakterier til at fjerne BOD.

(2) Anaerobe bakterier (anaerob tank, hydrolyseforsuring, UASB)

Ingen molekylær oxygen; CO₃²⁻/organisk stof er elektronacceptoren, og processen forløber i tre trin:

1. Hydrolytisk syre-producerende bakterier: Små molekyler → Flygtige fedtsyrer (VFA) (eddikesyre, propionsyre)

2. Hydrogen-producerende eddikesyre-producerende bakterier: Lang-VFA → Eddikesyre + H₂/CO₂

3. Methanogene bakterier: Eddikesyre/H₂ + CO₂ → CH₄ + CO₂ Slutprodukter: Metan + Kuldioxid + en lille mængde bakterieceller. Høj-koncentration af spildevand og slamnedbrydning er afhængig af anaerob nedbrydning.

(3) Anaerobe denitrificerende bakterier (A/O anoxisk sektion)

Ved at bruge NO3- i stedet for O₂ som elektronacceptor nedbryder de organisk stof, mens de samtidig fjerner nitratnitrogen → N₂:
Organisk stof + NO3- → CO2 + N2↑ + H2O
Anvendelse: Spildevands denitrifikationsproces

1. Mineralisering (ca. 70%): Fuldstændig nedbrudt til CO₂, H₂O og CH4, og bliver til gasser, der forlader vandmassen;

2. Assimilering og syntese (20%~30%): Organisk stof syntetiserer nye bakterieceller og bliver til aktiveret slam/overskydende slam, som fjernes fra vandet gennem slam-vandseparation i den sekundære sedimentationstank;

3. Lille mængde: Rester af mellemprodukter.

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

• Anaerob: Strengt anaerob, pH 6,8~7,5, methanogener trives ved 30~38 grader;

• Næringsstofforhold: BOD:N:P ≈ 100:5:1, bakterier med mangel på kvælstof og fosfor kan ikke vokse, og nedbrydningen forringes.