Orgaanisen aineen bakteerien poiston periaate

Heterotrofiset bakteerit hyödyntävät jätevedessä olevia COD/BOD-orgaanisia epäpuhtauksia hiili- ja energialähteinä ja hajottavat niitä aerobisissa/anaerobisissa olosuhteissa. Prosessi sisältää suuria molekyylejä → pieniä molekyylejä → CO₂, vettä, metaania ja bakteerilietettä, mikä poistaa epäpuhtaudet vedestä.

1. Solunulkoinen hydrolyysi (makromolekyylien esikäsittely)

Jäteveden suuret molekyylit, kuten tärkkelys, öljyt, proteiinit ja selluloosa, eivät pääse tunkeutumaan solukalvon läpi. Bakteerit erittävät solunulkoisia entsyymejä (amylaasia, proteaasia, lipaasia):

• Proteiinit → Aminohapot

• Polysakkaridit → glukoosi

• Öljyt → Glyseroli + rasvahapot Bakteerit voivat absorboida ne vain, kun suuret molekyylit muuttuvat liukoisiksi pieniksi orgaanisiksi molekyyleiksi.

2. Transmembraaninen aktiivinen kuljetus (soluun pääsy)

Pienet orgaaniset molekyylit luottavat kantajaproteiineihin ja kuluttavat aktiivisesti energiaa solukalvon lävitse ja sytoplasmaan.

3. Solunsisäinen biokemiallinen aineenvaihdunta (ytimen hajoaminen, jaettu aerobiseen/anaerobiseen)

(1) Aerobiset bakteerit (aktiiviliete, aerobinen säiliö, MBR)

Aerobinen hengitys: O₂ toimii elektronien vastaanottajana

1. Glykolyysi: Orgaaninen aine → pyruvaatti, pieni määrä ATP:tä

2. Trikarboksyylihapposykli (TCA): täydellinen oksidatiivinen hajoaminen

3. Elektronin kuljetusketju: O2 yhdistyy H:n kanssa muodostaen H20:ta
Lopputuote: CO₂ + H₂O + uudet bakteerit (proliferaatio, ylimääräisen lietteen muodostuminen)
Suurin osa yhdyskuntajätevedestä luottaa aerobisiin bakteereihin BOD:n poistamiseksi.

(2) Anaerobiset bakteerit (anaerobinen säiliö, hydrolyysihapotus, UASB)

Ei molekyylistä happea; CO3²⁻/orgaaninen aine on elektronin vastaanottaja, ja prosessi etenee kolmessa vaiheessa:

1. Hydrolyyttihappoa -tuottavat bakteerit: Pienet molekyylit → Haihtuvat rasvahapot (VFA) (etikkahappo, propionihappo)

2. Vetyä-tuottavat etikkahappoa-tuottavat bakteerit: pitkä-ketjuinen VFA → Etikkahappo + H₂/CO₂

3. Metanogeeniset bakteerit: Etikkahappo/H₂ + CO2 → CH4 + CO₂ Lopputuotteet: Metaani + Hiilidioksidi + pieni määrä bakteerisoluja. Korkean pitoisuuden-jäteveden ja lietteen mädätys perustuu anaerobiseen hajoamiseen.

(3) Anaerobiset denitrifioivat bakteerit (A/O anoksinen osa)

Käyttämällä NO3-:a O2:n sijaan elektronin vastaanottajana, ne hajottavat orgaanista ainetta samalla kun ne poistavat nitraattityppeä → N₂:
Orgaaninen aines + NO3- → CO2 + N2↑ + H2O
Käyttökohde: Jäteveden denitrifikaatioprosessi

1. Mineralisaatio (noin 70 %): Hajoaa kokonaan CO₂:ksi, H₂O:ksi ja CH₄:ksi, muuttuen kaasuiksi, jotka poistuvat vesistöstä;

2. Assimilaatio ja synteesi (20 % ~ 30 %): Orgaaninen aines syntetisoi uusia bakteerisoluja, jolloin niistä tulee aktiivilietettä/ylimääräistä lietettä, joka poistetaan vedestä lietteen-veden erotuksen kautta toissijaisessa sedimentaatiosäiliössä;

3. Pieni määrä: Jäljellä olevat välituotteet.

• Aerobinen: DO=2~3 mg/L, pH 6,5-8,5, sopiva lämpötila 20-35 astetta;

• Anaerobinen: tiukasti anaerobinen, pH 6,8–7,5, metanogeenit viihtyvät 30–38 asteessa;

• Ravinteiden suhde: BOD:N:P ≈ 100:5:1, typen ja fosforin puutteelliset bakteerit eivät voi kasvaa ja hajoaminen on heikentynyt.