I. 原則
従属栄養細菌は、廃水中のCOD/BOD有機汚染物質を炭素源やエネルギー源として利用し、好気性/嫌気性条件下で分解します。このプロセスには、大きな分子→小さな分子→CO₂、水、メタン、細菌汚泥が含まれ、水から汚染物質が除去されます。
1. 細胞外加水分解（高分子の前処理）
廃水中のデンプン、油、タンパク質、セルロースなどの大きな分子は細胞膜を通過できません。細菌は細胞外酵素 (アミラーゼ、プロテアーゼ、リパーゼ) を分泌します。
• タンパク質 → アミノ酸
• 多糖類 → ブドウ糖
• 油 → グリセロール + 脂肪酸 大きな分子が可溶性の小さな有機分子に変換された場合にのみ、細菌に吸収されます。
2. 膜貫通能動輸送（細胞への侵入）
小さな有機分子はキャリアタンパク質に依存し、細胞膜を通過して細胞質に入るためにエネルギーを積極的に消費します。
3. 細胞内生化学代謝（コア分解、好気性／嫌気性に分けられる）
(1)好気性細菌（活性汚泥、好気槽、MBR）
好気呼吸: O₂ は電子受容体として機能します
1. 解糖系：有機物→ピルビン酸、少量のATP
2. トリカルボン酸サイクル (TCA): 完全な酸化分解
3. 電子伝達系: O₂ が H と結合して H₂O を生成
最終生成物：CO₂ + H₂O + 新しいバクテリア（増殖、余剰汚泥の形成）
都市廃水のほとんどは、BOD を除去するために好気性バクテリアに依存しています。
(2) 嫌気性菌（嫌気槽、加水分解酸性化、UASB）
分子状酸素はありません。 CO₃²⁻/有機物は電子受容体であり、プロセスは 3 段階で進行します。
1. 加水分解酸-生成菌: 小分子 → 揮発性脂肪酸 (VFA) (酢酸、プロピオン酸)
2. 水素-生成酢酸-生成細菌: 長鎖-VFA → 酢酸 + H₂/CO₂
3. メタン生成菌: 酢酸/H₂ + CO₂ → CH₄ + CO₂ 最終生成物: メタン + 二酸化炭素 + 少量の細菌細胞。高濃度の廃水と汚泥の消化は、嫌気性分解に依存しています。-
(3) 嫌気性脱窒菌（A/O無酸素セクション）
電子受容体として O₂ の代わりに NO3- を使用すると、有機物を分解すると同時に硝酸性窒素 → N₂ を除去します。
有機物 + NO3- → CO2 + N2↑ + H2O
用途：排水脱窒プロセス
II.有機物の最終目的地（3種類）
1. 石灰化 (約 70%): CO₂、H₂O、CH₄ に完全に分解され、ガスとなって水域から排出されます。
2. 同化と合成 (20%~30%): 有機物は新しい細菌細胞を合成し、活性汚泥/余剰汚泥となり、二次沈殿槽での汚泥水分離によって水から除去されます。{3}
3. 少量: 残留中間生成物。
Ⅲ．主要な影響条件の補足
• 好気性: DO= 2~3 mg/L、pH 6.5~8.5、適切な温度 20~35 度。
• 嫌気性: 厳密な嫌気性、pH 6.8 ～ 7.5、メタン生成菌は 30 ～ 38 度で繁殖します。
• 栄養比：BOD:N:P ≈ 100:5:1、窒素とリンが欠乏した細菌は増殖できず、分解が阻害されます。
