העיקרון של הסרת חיידקים של חומר אורגני

חיידקים הטרוטרופיים מנצלים מזהמים אורגניים COD/BOD במי שפכים כמקורות פחמן ואנרגיה, ומפרקים אותם בתנאים אירוביים/אנאירוביים. התהליך מערב מולקולות גדולות → מולקולות קטנות → CO₂, מים, מתאן ובוצה חיידקית, ובכך מסירים מזהמים מהמים.

1. הידרוליזה חוץ תאית (טיפול מקרום מקרומולקולות)

מולקולות גדולות כמו עמילן, שמנים, חלבונים ותאית בשפכים אינן יכולות לחדור לממברנת התא. חיידקים מפרישים אנזימים תאיים (עמילאז, פרוטאז, ליפאז):

• חלבונים ← חומצות אמינו

• פוליסכרידים → גלוקוז

• שמנים ← גליצרול + חומצות שומן רק כאשר מולקולות גדולות הופכות למולקולות אורגניות קטנות מסיסות הן יכולות להיספג על ידי חיידקים.

2. הובלה פעילה חוצה ממברנה (כניסה לתא)

מולקולות אורגניות קטנות מסתמכות על חלבוני נשא וצורכות אנרגיה באופן פעיל כדי לחצות את קרום התא ולהיכנס לציטופלזמה.

3. מטבוליזם ביוכימי תוך תאי (פירוק ליבה, מחולק לאירובי/אנאירובי)

(1) חיידקים אירוביים (בוצה פעילה, מיכל אירובי, MBR)

נשימה אירובית: O₂ פועל כמקבל אלקטרונים

1. גליקוליזה: חומר אורגני → פירובט, כמות קטנה של ATP

2. מחזור חומצה טריקרבוקסילית (TCA): פירוק חמצוני מלא

3. שרשרת הובלה של אלקטרונים: O₂ מתחבר עם H ליצירת H₂O
תוצר סופי: CO₂ + H₂O + חיידקים חדשים (התפשטות, יצירת עודף בוצה)
רוב מי השפכים העירוניים מסתמכים על חיידקים אירוביים להסרת BOD.

(2) חיידקים אנאירוביים (טנק אנאירובי, חומצה הידרוליזה, UASB)

אין חמצן מולקולרי; CO₃²⁻/חומר אורגני הוא מקבל האלקטרונים, והתהליך מתקדם בשלושה שלבים:

1. חיידקים המייצרים חומצה הידרוליטית-: מולקולות קטנות → חומצות שומן נדיפות (VFA) (חומצה אצטית, חומצה פרופיונית)

2. מימן-מייצר חומצה אצטית-ייצור חיידקים: VFA ארוך-שרשרת → חומצה אצטית + H₂/CO₂

3. חיידקים מתנוגנים: חומצה אצטית/H₂ + CO₂ → CH₄ + CO₂ תוצרים סופיים: מתאן + פחמן דו חמצני + כמות קטנה של תאי חיידק. שפכים ועיכול בוצה בריכוז גבוה- מסתמך על פירוק אנאירובי.

(3) חיידקים אנאירוביים דניטריפיי (A/O מקטע אנוקסי)

באמצעות NO3- במקום O₂ כמקבל האלקטרונים, הם מפרקים חומר אורגני ובו זמנית מסירים חנקן חנקתי → N₂:
חומר אורגני + NO3- → CO2 + N2↑ + H2O
יישום: תהליך דניטריפיקציה של שפכים

1. מינרליזציה (כ-70%): מפורק לחלוטין ל-CO₂, H₂O ו-CH₄, והופך לגזים היוצאים מגוף המים;

2. הטמעה וסינתזה (20%~30%): חומר אורגני מסנתז תאי חיידקים חדשים, והופך לבוצה פעילה/בוצה עודפת, אשר מוסרת מהמים באמצעות הפרדת מים- במיכל השקיעה המשני;

3. כמות קטנה: שאריות מוצרי ביניים.

• אירובי: DO=2~3 מ"ג/ליטר, pH 6.5~8.5, טמפרטורה מתאימה 20~35 מעלות;

• אנאירובי: אנאירובי למהדרין, pH 6.8~7.5, מתנוגנים משגשגים ב-30~38 מעלות;

• יחס תזונתי: BOD:N:P ≈ 100:5:1, חיידקים חסרי חנקן וזרחן אינם יכולים לגדול וההתפרקות נפגעת.