Biodegradabilitatea este un parametru de calitate al substratului. Biodegradabilitatea se defineşte prin calitatea unei substanţe organice de a fi degradată prin mijloace biologice într-un anumit interval de timp. Apele uzate uşor biodegradabile sunt caracterizate prin rapoarte mici CBO5/CCOCr.

Biodegradarea reprezintă procesul prin care o substanţă organică este total eliminată datorită activităţii metabolice a unei culturi de microorganisme sau îşi pierde, în măsura convenţional stabilită, proprietăţile nocive. Anumiţi compuşi organici sunt greu biodegradabili sau chiar refractari la activitatea biochimică, în timp ce alte substanţe pot fi toxice pentru bacterii.
Termenii care se folosesc în tehnica epurării biologice sunt: a) degradabilitate biologică; b) persistenţă; c) recalcitranţă; d) mineralizare.

Degradabilitatea biologică este reprezentată prin posibilitatea ca un material organic să fie schimbat datorită acţiunii biochimice a unei populaţii microbiene în alt compus; aceasta nu înseamnă neapărat că noul produs este mai puţin toxic decât cel iniţial.
Persistenţa este o proprietate condiţională a substanţei organice în sensul că aceasta poate fi degradată biologic numai dacă sunt îndeplinite anumite condiţii de circumstanţă care favorizează dezvoltarea procesului biochimic.
Recalcitranţa – termenul se referă la o substanţă organică care nu poate fi degradată biologic în orice condiţii sau ea însăşi are o rezistenţă foarte puternică la acţiunea biochimică a biomasei.
Mineralizarea reprezintă conversia completă a compuşilor organici până la ultimii produşi ai degradării biologice dioxid de carbon şi apă.

Biodegradabilitatea este o noţiune deosebit de complexă deoarece caută să lege substanţa organică de activitatea biomasei şi de valorile parametrilor de mediu în care se dezvoltă microorganismele. Substanţa influenţează biodegradabilitatea prin caracteristicile structurale tridimensionale ale moleculei, proprietăţile fizico-chimice, precum şi modul cum reacţionează cu enzimele. Acest ultim aspect – relaţia cantitativă dintre structura chimică şi activitatea biochimică a materialului celular – deosebit de importantă în aprecierea biodegradabilităţii, nu este încă complet definită. Din acest motiv exprimarea cantitativă a biodegradabilităţii se face indirect. Condiţiile de mediu în care se desfăşoară procesul au o mare importanţă în aprecierea biodegradabilităţii deoarece o substanţă uşor biodegradabilă nu va fi degradată efectiv decât dacă valorile parametrilor fizico-chimici permit desfăşurarea activităţii.

Principalii parametri de biodegradabilitate sunt:

a) pH = 6…8;b) raport optim între încărcarea organică CBO5 şi principalele elemente nutritive azot şi fosfor; c) raport CBO5/CCOCr inferior valorii 2,6; o valoare mai mică indică o viteză mare de biodegradare; d) CBO20/CBO5 inferior lui 1,5; o valoare mai mare indică o viteză foarte lentă de biodegradare; e) indice de inhibare negativ – eventuala prezenţă a inhibitorilor; f) indice de biodegradare relativă apreciat prin raportul vitezei de degradare a materiei organice studiate şi cea a vitezei unei ape uzate urban standard .
Pentru a identifica legătura existentă între substrat şi eficienţă de epurare s-au introdus noţiunile: viteză specifică de biodegradare, grad sau prag de biodegradare, probabilitate de biodegradare.

Viteza specifică de biodegradare este un parametru cinetic important în caracterizarea biodegradabilităţii unei substanţe. Ea se defineşte prin cantitatea de substrat îndepărtată de unitatea de biomasă în unitatea de timp. În cazul în care o substanţă organică este greu biodegradabilă, ea se degradează cu viteză scăzută şi nu va putea fi eliminată din apă ajungând în emisar unde se va continua procesul în timp cu un consum al rezervelor de oxigen din masa de apă. Această mărime depinde de: a) natura, structura şi mărimea moleculelor organice; b) mărimea şi natura catenelor; c) grupurile funcţionale prezente în molecule şi modul de legare la atomii de carbon; d) capacitatea de adaptare a microorganismelor la degradarea substanţelor prin sinteza uneia sau mai multor enzime specifice degradării substratului respectiv.

Aşadar, se poate considera că instalaţia de epurare este corect dimensionată şi exploatată dacă în timpul de retenţie estimat se reuşeşte eliminarea substanţelor organice. Aceasta impune un studiu atent al biodegradabilităţii substanţelor organice astfel încât să se coreleze viteza de degradare biologică cu regimul hidrodinamic de curgere şi amestecare a mediului polifazic având ca rezultat pierderea caracterului nociv al materiei organice în măsura convenţional stabilită. În acest mod se va reuşi ca substanţa organică să fie degradată în măsura acceptată într-un interval util de timp apreciat corect şi nu pe o durată oarecare.

Tratabilitatea biologică a apei uzate. În apele uzate apar multe tipuri de substanţe organice cu diferite caracteristici de biodegradabilitate care, evident, în mediul polifazic pot influenţa proprietăţile amestecului. În unele cazuri substanţele uşor biodegradabile pot favoriza şi accelera degradarea celor mai greu biodegradabile, iar în altele celulele descompun pe cele uşoare, cele grele trec nealterate sau chiar se generează o inhibiţie de substrat.

Tratabilitatea biologică a apei uzate se poate defini prin capacitatea materiei organice de a fi degradată în corelaţie cu capabilitatea biomasei de a reuşi descompunerea acesteia în timpul afectat procesului. Acest termen presupune stabilirea condiţiilor fizico-chimice, biodegradabilitatea substanţelor organice, capacitatea genetică a microorganismelor de a degrada materia organică, timpul de operare, creşterea biomasei ca urmare a proceselor de asimilare.

Tratabilitatea substanţelor organice se poate exprima prin: a) degradarea substanţelor organice totale din apă – determinată pe baza testelor CCO sau COT; b) îndepărtarea substanţelor organice asimilabile – precizată prin CBO5. În proces, variaţia concentraţiei suspensiilor volatile şi a materiilor în suspensie indică modul de creştere şi dezvoltare a biomasei. Apele uzate se pot considera tratabile biologic dacă se realizează o degradare a substanţei organice în limita a 60…90%, iar a materiei organice asimilabile 80…98%.

Symons defineşte tratabilitatea apei uzate prin valorile raportului CBO5/CCOCr. Astfel dacă CBO5/CCOCr = 0,5…1,0 apa uzată are o bună tratabilitate, iar pentru CBO5/CCOCr = 0,1…0,2 apa uzată este dificil de epurat biologic sau conţine substanţe toxice. Între aceste valori, CBO5/CCOCr = 0,2…0,5 se impune adaptarea populaţiei bacteriene la compoziţia şi concentraţia apei uzate – apă uzată cu tratabilitate biologică medie. În decursul procesului de epurare biologică se constată reducerea încărcării organice, exprimată în CBO5; aşadar, pe parcursul desfăşurării procesului, după 24 ore, va rezulta o majorare semnificativă a raportului CCO/CBO5 de la 2,5 iniţial la circa 60. Această evaluare indirectă a tratabilităţii deseori nu este suficientă deoarece în amestecul polifazic există substanţe rezistente la atacul microorganismelor şi se acumulează metaboliţi deosebit de stabili chimic şi biochimic. Din acest motiv la aprecierea tratabilităţii apelor se recomandă efectuarea testelor de laborator corelat cu celelalte caracteristici ale apei culoare, spumare, toxicitate etc.

Determinarea biodegradabilităţii în laborator se face prin însămânţarea probei de apă uzată cu nămol activ şi punerea amestecului în condiţii normale de agitaţie, respectiv aerare. Dacă după 28 de zile, prin măsurarea concentraţiei poluanţilor, se constată reducerea cu peste 80% se poate aprecia că apa uzată este tratabilă biologic.

Evaluarea biodegradabilităţii se face pe baza datelor experimentale care arată că pentru un gram CCO, prin degradarea aerobă a substratului organic, rezultă 0,4 grame de material celular, iar un gram de biomasă pe zi consumă circa 0,1 grame de oxigen în respiraţie endogenă. Aşadar, se poate scrie ecuaţia de bilanţ CBO5 = oxigen pentru dezvoltarea biomasei pe 1…2 zile + oxigen necesar respiraţiei endogene a biomasei formate în 3…4 zile, sau CBO5 = 0,65 CCO.

Dacă se ia în considerare factorul de îndepărtare a substratului prin metabolism celular F atunci se poate scrie CBO5 = 0,65 F CCO, unde valorile lui F diferă funcţie de compoziţia şi concentraţia apei uzate (de exemplu pentru ape uzate urbane F = 0,9, ape deversate de industria alimentară F = 0,75, tăbăcării F = 0,15, industria textilă F = 0,72, celuloză şi hârtie F = 0,55).