مبدأ إزالة البكتيريا من المواد العضوية

تستخدم البكتيريا غير المتجانسة الملوثات العضوية COD/BOD الموجودة في مياه الصرف الصحي كمصادر للكربون والطاقة، حيث تقوم بتحللها في ظل الظروف الهوائية/اللاهوائية. تتضمن العملية جزيئات كبيرة ← جزيئات صغيرة ← ثاني أكسيد الكربون والماء والميثان والحمأة البكتيرية، وبالتالي إزالة الملوثات من الماء.

1. التحلل المائي خارج الخلية (المعالجة المسبقة للجزيء الكبير)

لا تستطيع الجزيئات الكبيرة مثل النشا والزيوت والبروتينات والسليلوز الموجودة في مياه الصرف الصحي اختراق غشاء الخلية. تفرز البكتيريا الإنزيمات خارج الخلية (الأميلاز، البروتياز، الليباز):

• البروتينات ← الأحماض الأمينية

• السكريات → الجلوكوز

• الزيوت ← الجلسرين + الأحماض الدهنية فقط عندما يتم تحويل الجزيئات الكبيرة إلى جزيئات عضوية صغيرة قابلة للذوبان، يمكن للبكتيريا أن تمتصها.

2. النقل النشط عبر الغشاء (الدخول إلى الخلية)

تعتمد الجزيئات العضوية الصغيرة على البروتينات الحاملة وتستهلك الطاقة بشكل نشط لعبور غشاء الخلية والدخول إلى السيتوبلازم.

3. الاستقلاب الكيميائي الحيوي داخل الخلايا (التحلل الأساسي، مقسم إلى هوائي/لاهوائي)

(1) البكتيريا الهوائية (الحمأة المنشطة، الخزان الهوائي، MBR)

التنفس الهوائي: يعمل O₂ كمستقبل للإلكترون

1. تحلل السكر: مادة عضوية ← بيروفات، كمية صغيرة من ATP

2. دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل (TCA): التحلل التأكسدي الكامل

3. سلسلة نقل الإلكترون: يتحد O₂ مع H لينتج H₂O
المنتج النهائي: CO₂ + H₂O + بكتيريا جديدة (تتكاثر وتشكل حمأة زائدة)
تعتمد معظم مياه الصرف الصحي البلدية على البكتيريا الهوائية لإزالة BOD.

(2) البكتيريا اللاهوائية (الخزان اللاهوائي، التحميض المائي، UASB)

لا الأكسجين الجزيئي. CO₃²⁻/المادة العضوية هي المادة المستقبلة للإلكترون، وتتم العملية على ثلاث مراحل:

1. البكتيريا المنتجة للحمض المائي-: جزيئات صغيرة ← الأحماض الدهنية المتطايرة (VFA) (حمض الأسيتيك، حمض البروبيونيك)

2. الهيدروجين-الذي ينتج حمض الأسيتيك-البكتيريا المنتجة: سلسلة طويلة-VFA → حمض الأسيتيك + H₂/CO₂

3. البكتيريا الميثانوجينية: حمض الأسيتيك/H₂ + CO₂ → CH₄ + CO₂ المنتجات النهائية: ميثان + ثاني أكسيد الكربون + كمية صغيرة من الخلايا البكتيرية. يعتمد هضم الحمأة ومياه الصرف الصحي عالية التركيز على التحلل اللاهوائي.

(3) البكتيريا اللاهوائية المزيلة للنتروجين (قسم نقص الأكسجين A/O)

باستخدام NO3- بدلاً من O₂ كمستقبل للإلكترون، فإنها تحلل المادة العضوية بينما تقوم في نفس الوقت بإزالة نترات النيتروجين → N₂:
مادة عضوية + NO3- → CO2 + N2↑ + H2O
التطبيق: عملية نزع النتروجين من مياه الصرف الصحي

1. التمعدن (حوالي 70%): يتحلل بالكامل إلى CO₂ وH₂O وCH₄، ليصبح غازات تغادر الجسم المائي؛

2. الاستيعاب والتوليف (20%~30%): تقوم المادة العضوية بتصنيع خلايا بكتيرية جديدة، لتصبح الحمأة المنشطة/الحمأة الزائدة، والتي تتم إزالتها من الماء من خلال فصل الماء -الحمأة في خزان الترسيب الثانوي؛

3. الكمية الصغيرة: المنتجات الوسيطة المتبقية.

• الهوائية: DO=2~3 ملغم/لتر، الرقم الهيدروجيني 6.5~8.5، درجة الحرارة المناسبة 20~35 درجة؛

• اللاهوائية: لاهوائية تمامًا، درجة الحموضة 6.8 ~ 7.5، تزدهر مولدات الميثان عند 30 ~ 38 درجة.

• نسبة العناصر الغذائية: BOD:N:P ≈ 100:5:1، لا يمكن للبكتيريا التي تعاني من نقص النيتروجين والفوسفور أن تنمو ويضعف تحللها.