I. Principe
Les bactéries hétérotrophes utilisent les polluants organiques DCO/DBO présents dans les eaux usées comme sources de carbone et d'énergie, les décomposant dans des conditions aérobies/anaérobies. Le processus implique de grosses molécules → petites molécules → CO₂, de l'eau, du méthane et des boues bactériennes, éliminant ainsi les polluants de l'eau.
1. Hydrolyse extracellulaire (prétraitement des macromolécules)
Les grosses molécules telles que l'amidon, les huiles, les protéines et la cellulose présentes dans les eaux usées ne peuvent pas pénétrer la membrane cellulaire. Les bactéries sécrètent des enzymes extracellulaires (amylase, protéase, lipase) :
• Protéines → Acides aminés
• Polysaccharides → Glucose
• Huiles → Glycérol + Acides gras Ce n'est que lorsque les grosses molécules sont converties en petites molécules organiques solubles qu'elles peuvent être absorbées par les bactéries.
2. Transport actif transmembranaire (entrée dans la cellule)
Les petites molécules organiques dépendent de protéines porteuses et consomment activement de l'énergie pour traverser la membrane cellulaire et pénétrer dans le cytoplasme.
3. Métabolisme biochimique intracellulaire (dégradation centrale, divisée en aérobie/anaérobie)
(1) Bactéries aérobies (boues activées, bassin aérobie, MBR)
Respiration aérobie : O₂ agit comme un accepteur d'électrons
1. Glycolyse : Matière organique → pyruvate, une petite quantité d'ATP
2. Cycle de l’acide tricarboxylique (TCA) : décomposition oxydative complète
3. Chaîne de transport d'électrons : O₂ se combine avec H pour générer H₂O
Produit final : CO₂ + H₂O + nouvelles bactéries (prolifération, formation de boues en excès)
La plupart des eaux usées municipales dépendent de bactéries aérobies pour éliminer la DBO.
(2) Bactéries anaérobies (cuve anaérobie, hydrolyse acidification, UASB)
Pas d'oxygène moléculaire ; Le CO₃²⁻/matière organique est l'accepteur d'électrons et le processus se déroule en trois étapes :
1. Bactéries productrices d'acide hydrolytique- : Petites molécules → Acides gras volatils (AGV) (acide acétique, acide propionique)
2. Bactéries productrices d'hydrogène-acide acétique- : AGV à longue chaîne- → Acide acétique + H₂/CO₂
3. Bactéries méthanogènes : Acide acétique/H₂ + CO₂ → CH₄ + CO₂ Produits finaux : Méthane + Dioxyde de carbone + une petite quantité de cellules bactériennes. La digestion des eaux usées et des boues à haute-concentration repose sur la dégradation anaérobie.
(3) Bactéries dénitrifiantes anaérobies (section anoxique A/O)
En utilisant NO3- au lieu de O₂ comme accepteur d'électrons, ils dégradent la matière organique tout en éliminant simultanément l'azote nitrate → N₂ :
Matière organique + NO3- → CO2 + N2↑ + H2O
Application : Processus de dénitrification des eaux usées
II. Destination finale de la matière organique (3 types)
1. Minéralisation (environ 70 %) : Complètement décomposée en CO₂, H₂O et CH₄, devenant des gaz qui quittent le plan d'eau ;
2. Assimilation et synthèse (20 % ~ 30 %) : la matière organique synthétise de nouvelles cellules bactériennes, devenant des boues activées/boues excédentaires, qui sont éliminées de l'eau par séparation des boues-eau dans le bassin de décantation secondaire ;
3. Petite quantité : produits intermédiaires résiduels.
III. Compléter les conditions d’influence clés
• Aérobie : DO=2~3 mg/L, pH 6,5~8,5, température appropriée 20~35 degrés ;
• Anaérobie : strictement anaérobie, pH 6,8 ~ 7,5, les méthanogènes se développent à 30 ~ 38 degrés ;
• Rapport nutritif : DBO:N:P ≈ 100:5:1, les bactéries déficientes en azote et en phosphore ne peuvent pas se développer et la dégradation est altérée.
