El principio de eliminación bacteriana de la materia orgánica.

Las bacterias heterótrofas utilizan contaminantes orgánicos DQO/DBO en las aguas residuales como fuentes de carbono y energía, descomponiéndolos en condiciones aeróbicas/anaeróbicas. El proceso involucra moléculas grandes → moléculas pequeñas → CO₂, agua, metano y lodos bacterianos, eliminando así los contaminantes del agua.

1. Hidrólisis extracelular (pretratamiento de macromoléculas)

Las moléculas grandes como el almidón, los aceites, las proteínas y la celulosa presentes en las aguas residuales no pueden penetrar la membrana celular. Las bacterias secretan enzimas extracelulares (amilasa, proteasa, lipasa):

• Proteínas → Aminoácidos

• Polisacáridos → Glucosa

• Aceites → Glicerol + Ácidos grasos Sólo cuando las moléculas grandes se convierten en pequeñas moléculas orgánicas solubles pueden ser absorbidas por las bacterias.

2. Transporte activo transmembrana (entrada a la célula)

Las moléculas orgánicas pequeñas dependen de proteínas portadoras y consumen activamente energía para cruzar la membrana celular y entrar al citoplasma.

3. Metabolismo bioquímico intracelular (degradación central, dividida en aeróbica/anaeróbica)

(1) Bacterias aeróbicas (lodos activados, tanque aeróbico, MBR)

Respiración aeróbica: el O₂ actúa como aceptor de electrones.

1. Glucólisis: Materia orgánica → piruvato, una pequeña cantidad de ATP

2. Ciclo del ácido tricarboxílico (TCA): descomposición oxidativa completa

3. Cadena de transporte de electrones: el O₂ se combina con el H para generar H₂O
Producto final: CO₂ + H₂O + nuevas bacterias (proliferación, formación de exceso de lodos)
La mayoría de las aguas residuales municipales dependen de bacterias aeróbicas para eliminar la DBO.

(2) Bacterias anaeróbicas (tanque anaeróbico, acidificación por hidrólisis, UASB)

Sin oxígeno molecular; CO₃²⁻/materia orgánica es el aceptor de electrones y el proceso se desarrolla en tres etapas:

1. Bacterias productoras de ácido hidrolítico-: moléculas pequeñas → Ácidos grasos volátiles (AGV) (ácido acético, ácido propiónico)

2. Bacterias productoras de hidrógeno-ácido acético-: AGV de cadena larga- → ácido acético + H₂/CO₂

3. Bacterias metanogénicas: Ácido acético/H₂ + CO₂ → CH₄ + CO₂ Productos finales: Metano + Dióxido de carbono + una pequeña cantidad de células bacterianas. La digestión de lodos y aguas residuales de alta-concentración se basa en la degradación anaeróbica.

(3) Bacterias desnitrificantes anaeróbicas (sección anóxica A/O)

Utilizando NO3- en lugar de O₂ como aceptor de electrones, degradan la materia orgánica y al mismo tiempo eliminan el nitrógeno nitrato → N₂:
Materia orgánica + NO3- → CO2 + N2 ↑ + H2O
Aplicación: Proceso de desnitrificación de aguas residuales.

1. Mineralización (aproximadamente 70%): Se descompone completamente en CO₂, H₂O y CH₄, convirtiéndose en gases que abandonan el cuerpo de agua;

2. Asimilación y síntesis (20%~30%): La materia orgánica sintetiza nuevas células bacterianas, convirtiéndose en lodo activado/lodo en exceso, que se elimina del agua mediante la separación de lodo-agua en el tanque de sedimentación secundario;

3. Pequeña Cantidad: Productos intermedios residuales.

• Aeróbico: DO=2~3 mg/L, pH 6,5~8,5, temperatura adecuada 20~35 grados;

• Anaeróbico: Estrictamente anaeróbico, pH 6,8~7,5, los metanógenos prosperan a 30~38 grados;

• Relación de nutrientes: DBO:N:P ≈ 100:5:1, las bacterias deficientes en nitrógeno y fósforo no pueden crecer y la degradación se ve afectada.