اصل حذف باکتری از مواد آلی

باکتری های هتروتروف از آلاینده های آلی COD/BOD در فاضلاب به عنوان منابع کربن و انرژی استفاده می کنند و آنها را در شرایط هوازی/بی هوازی تجزیه می کنند. این فرآیند شامل مولکول های بزرگ → مولکول های کوچک → CO2، آب، متان و لجن باکتریایی است، بنابراین آلاینده ها را از آب حذف می کند.

1. هیدرولیز خارج سلولی (پیش تیمار ماکرومولکول)

مولکول های بزرگ مانند نشاسته، روغن ها، پروتئین ها و سلولز در فاضلاب نمی توانند به غشای سلولی نفوذ کنند. باکتری ها آنزیم های خارج سلولی (آمیلاز، پروتئاز، لیپاز) ترشح می کنند:

• پروتئین ها → اسیدهای آمینه

• پلی ساکاریدها → گلوکز

• روغن ها → گلیسرول + اسیدهای چرب تنها زمانی که مولکول های بزرگ به مولکول های آلی کوچک محلول تبدیل شوند می توانند توسط باکتری ها جذب شوند.

2. انتقال فعال غشایی (ورود به سلول)

مولکول های آلی کوچک به پروتئین های حامل متکی هستند و به طور فعال انرژی را برای عبور از غشای سلولی و ورود به سیتوپلاسم مصرف می کنند.

3. متابولیسم بیوشیمیایی داخل سلولی (تجزیه هسته، تقسیم به هوازی/بی هوازی)

(1) باکتری های هوازی (لجن فعال، مخزن هوازی، MBR)

تنفس هوازی: O2 به عنوان گیرنده الکترون عمل می کند

1. گلیکولیز: ماده آلی → پیروات، مقدار کمی ATP

2. چرخه اسید تری کربوکسیلیک (TCA): تجزیه اکسیداتیو کامل

3. زنجیره انتقال الکترون: O2 با H ترکیب می شود تا H2O را تولید کند
محصول نهایی: CO2 + H2O + باکتری جدید (تکثیر، تشکیل لجن اضافی)
اکثر فاضلاب های شهری برای حذف BOD به باکتری های هوازی متکی هستند.

(2) باکتری های بی هوازی (مخزن بی هوازی، اسیدی شدن هیدرولیز، UASB)

بدون اکسیژن مولکولی؛ CO32-/ماده آلی گیرنده الکترون است و این فرآیند در سه مرحله انجام می شود:

1. اسید هیدرولیتیک-باکتری‌های تولیدکننده: مولکول‌های کوچک → اسیدهای چرب فرار (VFA) (اسید استیک، اسید پروپیونیک)

2. هیدروژن-تولید کننده اسید استیک-باکتری های مولد: VFA طولانی-زنجیره → اسید استیک + H2/CO2

3. باکتری متانوژن: اسید استیک / H2 + CO2 → CH4 + CO2 محصولات نهایی: متان + دی اکسید کربن + مقدار کمی از سلول های باکتریایی. هضم فاضلاب و لجن با غلظت بالا به تجزیه بی هوازی وابسته است.

(3) باکتری‌های نیترات‌زدای بی‌هوازی (بخش A/O آنوکسیک)

با استفاده از NO3- به جای O2 به عنوان گیرنده الکترون، آنها مواد آلی را تجزیه می کنند در حالی که به طور همزمان نیتروژن نیترات را حذف می کنند → N2:
ماده آلی + NO3- → CO2 + N2↑ + H2O
کاربرد: فرآیند نیترات زدایی فاضلاب

1. کانی سازی (تقریباً 70%): به طور کامل به CO2، H2O، و CH4 تجزیه می شود و تبدیل به گازهایی می شود که بدن آب را ترک می کنند.

2. جذب و سنتز (20%~30%): مواد آلی سلول‌های باکتریایی جدید را سنتز می‌کند و به لجن فعال/لجن اضافی تبدیل می‌شود که از طریق لجن{3}}جداسازی آب در مخزن ته‌نشینی ثانویه از آب خارج می‌شود.

3. مقدار کم: محصولات میانی باقیمانده.

• هوازی: DO=2~3 mg/L، pH 6.5~8.5، دمای مناسب 20~35 درجه؛

• بی هوازی: به شدت بی هوازی، pH 6.8 ~ 7.5، متانوژن ها در 30 تا 38 درجه رشد می کنند.

• نسبت مواد مغذی: BOD:N:P ≈ 100:5:1، باکتری های دارای کمبود نیتروژن و فسفر نمی توانند رشد کنند و تخریب آن مختل می شود.