Ας περιγράψουμε πρώτα ένα πείραμα οσμωτικής πίεσης: χρησιμοποιήστε μια ημιπερατή μεμβράνη για να διαχωρίσετε δύο διαλύματα αλάτων διαφορετικών συγκεντρώσεων. Τα μόρια νερού του διαλύματος αλάτων χαμηλής συγκέντρωσης θα περάσουν μέσω της ημιπερατής μεμβράνης στο διάλυμα αλάτων υψηλής συγκέντρωσης και τα μόρια νερού του διαλύματος αλάτων υψηλής συγκέντρωσης θα περάσουν επίσης μέσω της ημιπερατής μεμβράνης στο διάλυμα αλάτων χαμηλής συγκέντρωσης, αλλά ο αριθμός είναι μικρότερος, επομένως η στάθμη του υγρού στην πλευρά του διαλύματος αλάτων υψηλής συγκέντρωσης θα αυξηθεί. Όταν η διαφορά ύψους των επιπέδων του υγρού και στις δύο πλευρές παράγει αρκετή πίεση για να εμποδίσει την επανέναρξη της ροής του νερού, η όσμωση θα σταματήσει. Αυτή τη στιγμή, η πίεση που παράγεται από τη διαφορά ύψους των επιπέδων του υγρού και στις δύο πλευρές είναι η οσμωτική πίεση. Γενικά, όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση του αλατιού, τόσο μεγαλύτερη είναι η οσμωτική πίεση.
Η κατάσταση των μικροοργανισμών σε διαλύματα αλμυρού νερού είναι παρόμοια με το πείραμα οσμωτικής πίεσης. Η δομή μονάδας των μικροοργανισμών είναι τα κύτταρα και το κυτταρικό τοίχωμα ισοδυναμεί με μια ημιδιαπερατή μεμβράνη. Όταν η συγκέντρωση ιόντων χλωρίου είναι μικρότερη ή ίση με 2000mg/L, η οσμωτική πίεση που μπορεί να αντέξει το κυτταρικό τοίχωμα είναι 0,5-1,0 ατμόσφαιρες. Ακόμα κι αν το κυτταρικό τοίχωμα και η κυτταροπλασματική μεμβράνη έχουν μια ορισμένη σκληρότητα και ελαστικότητα, η οσμωτική πίεση που μπορεί να αντέξει το κυτταρικό τοίχωμα δεν θα είναι μεγαλύτερη από 5-6 ατμόσφαιρες. Ωστόσο, όταν η συγκέντρωση ιόντων χλωρίου στο υδατικό διάλυμα είναι πάνω από 5000mg/L, η οσμωτική πίεση θα αυξηθεί σε περίπου 10-30 ατμόσφαιρες. Υπό μια τόσο υψηλή οσμωτική πίεση, μια μεγάλη ποσότητα μορίων νερού στον μικροοργανισμό θα διεισδύσει στο εξωσωματικό διάλυμα, προκαλώντας αφυδάτωση και πλασμολύση των κυττάρων, και σε σοβαρές περιπτώσεις, ο μικροοργανισμός θα πεθάνει. Στην καθημερινή ζωή, οι άνθρωποι χρησιμοποιούν αλάτι (χλωριούχο νάτριο) για να τουρσιάσουν λαχανικά και ψάρια, να αποστειρώσουν και να συντηρήσουν τρόφιμα, η οποία αποτελεί εφαρμογή αυτής της αρχής.
Τα δεδομένα μηχανικής εμπειρίας δείχνουν ότι όταν η συγκέντρωση ιόντων χλωρίου στα λύματα είναι μεγαλύτερη από 2000mg/L, η δραστηριότητα των μικροοργανισμών θα ανασταλεί και ο ρυθμός απομάκρυνσης του COD θα μειωθεί σημαντικά. Όταν η συγκέντρωση ιόντων χλωρίου στα λύματα είναι μεγαλύτερη από 8000mg/L, θα προκαλέσει διαστολή του όγκου της λάσπης, θα εμφανιστεί μεγάλη ποσότητα αφρού στην επιφάνεια του νερού και οι μικροοργανισμοί θα πεθάνουν ο ένας μετά τον άλλον.
Ωστόσο, μετά από μακροχρόνια εξημέρωση, οι μικροοργανισμοί θα προσαρμοστούν σταδιακά στην ανάπτυξη και την αναπαραγωγή σε αλμυρό νερό υψηλής συγκέντρωσης. Προς το παρόν, ορισμένοι άνθρωποι έχουν εξημέρωσε μικροοργανισμούς που μπορούν να προσαρμοστούν σε συγκεντρώσεις ιόντων χλωρίου ή θειικών αλάτων άνω των 10000mg/L. Ωστόσο, η αρχή της οσμωτικής πίεσης μας λέει ότι η συγκέντρωση αλατιού στο κυτταρικό υγρό των μικροοργανισμών που έχουν προσαρμοστεί στην ανάπτυξη και την αναπαραγωγή σε αλμυρό νερό υψηλής συγκέντρωσης είναι πολύ υψηλή. Μόλις η συγκέντρωση αλατιού στα λύματα είναι χαμηλή ή πολύ χαμηλή, ένας μεγάλος αριθμός μορίων νερού στα λύματα θα διεισδύσει στους μικροοργανισμούς, προκαλώντας διόγκωση των μικροβιακών κυττάρων και, σε σοβαρές περιπτώσεις, ρήξη και θάνατο. Επομένως, οι μικροοργανισμοί που έχουν εξημέρωση για μεγάλο χρονικό διάστημα και μπορούν σταδιακά να προσαρμοστούν στην ανάπτυξη και την αναπαραγωγή σε αλμυρό νερό υψηλής συγκέντρωσης απαιτούν η συγκέντρωση αλατιού στο βιοχημικό εισρέον υγρό να διατηρείται πάντα σε αρκετά υψηλό επίπεδο και να μην μπορεί να παρουσιάζει διακυμάνσεις, διαφορετικά οι μικροοργανισμοί θα πεθάνουν σε μεγάλους αριθμούς.
Ώρα δημοσίευσης: 28 Φεβρουαρίου 2025