Das Prinzip der bakteriellen Entfernung organischer Stoffe

Heterotrophe Bakterien nutzen die organischen Schadstoffe CSB/BSB im Abwasser als Kohlenstoff- und Energiequellen und zersetzen sie unter aeroben/anaeroben Bedingungen. Der Prozess umfasst große Moleküle → kleine Moleküle → CO₂, Wasser, Methan und Bakterienschlamm und entfernt so Schadstoffe aus dem Wasser.

1. Extrazelluläre Hydrolyse (Makromolekül-Vorbehandlung)

Große Moleküle wie Stärke, Öle, Proteine ​​und Zellulose im Abwasser können die Zellmembran nicht durchdringen. Bakterien sezernieren extrazelluläre Enzyme (Amylase, Protease, Lipase):

• Proteine ​​→ Aminosäuren

• Polysaccharide → Glucose

• Öle → Glycerin + Fettsäuren Nur wenn große Moleküle in lösliche kleine organische Moleküle umgewandelt werden, können sie von Bakterien aufgenommen werden.

2. Transmembranaktiver Transport (Eintritt in die Zelle)

Kleine organische Moleküle sind auf Trägerproteine ​​angewiesen und verbrauchen aktiv Energie, um die Zellmembran zu durchqueren und in das Zytoplasma einzudringen.

3. Intrazellulärer biochemischer Stoffwechsel (Kernabbau, unterteilt in aerob/anaerob)

(1) Aerobe Bakterien (Belebtschlamm, Aerobic-Tank, MBR)

Aerobe Atmung: O₂ fungiert als Elektronenakzeptor

1. Glykolyse: Organische Substanz → Pyruvat, eine kleine Menge ATP

2. Tricarbonsäurezyklus (TCA): vollständiger oxidativer Abbau

3. Elektronentransportkette: O₂ verbindet sich mit H zu H₂O
Endprodukt: CO₂ + H₂O + neue Bakterien (Vermehrung, Bildung von Überschussschlamm)
Die meisten kommunalen Abwässer sind zur Entfernung von BSB auf aerobe Bakterien angewiesen.

(2) Anaerobe Bakterien (anaerober Tank, Hydrolyse-Ansäuerung, UASB)

Kein molekularer Sauerstoff; CO₃²⁻/organisches Material ist der Elektronenakzeptor und der Prozess verläuft in drei Stufen:

1. Hydrolytische Säure-produzierende Bakterien: Kleine Moleküle → Flüchtige Fettsäuren (VFA) (Essigsäure, Propionsäure)

2. Wasserstoff-produzierende Essigsäure-produzierende Bakterien: Lang-kettige VFA → Essigsäure + H₂/CO₂

3. Methanogene Bakterien: Essigsäure/H₂ + CO₂ → CH₄ + CO₂ Endprodukte: Methan + Kohlendioxid + eine kleine Menge Bakterienzellen. Die Vergärung von hochkonzentriertem Abwasser und Schlamm beruht auf einem anaeroben Abbau.

(3) Anaerobe denitrifizierende Bakterien (A/O-anoxischer Abschnitt)

Durch den Einsatz von NO3- anstelle von O₂ als Elektronenakzeptor bauen sie organische Stoffe ab und entfernen gleichzeitig Nitratstickstoff → N₂:
Organische Substanz + NO3- → CO2 + N2 ↑ + H2O
Anwendung: Verfahren zur Denitrifizierung von Abwasser

1. Mineralisierung (ca. 70 %): Vollständig in CO₂, H₂O und CH₄ zersetzt und zu Gasen, die den Wasserkörper verlassen;

2. Assimilation und Synthese (20–30 %): Organisches Material synthetisiert neue Bakterienzellen und wird zu Belebtschlamm/Überschussschlamm, der durch Schlamm-Wassertrennung im Nachklärbecken aus dem Wasser entfernt wird;

3. Kleine Menge: Restzwischenprodukte.

• Aerob: DO=2~3 mg/L, pH 6,5~8,5, geeignete Temperatur 20~35 Grad;

• Anaerob: Streng anaerob, pH 6,8–7,5, Methanogene gedeihen bei 30–38 Grad;

• Nährstoffverhältnis: BSB:N:P ≈ 100:5:1, stickstoff- und phosphorarme Bakterien können nicht wachsen und der Abbau wird beeinträchtigt.