Ας περιγράψουμε πρώτα ένα πείραμα οσμωτικής πίεσης: χρησιμοποιήστε μια ημιπερατή μεμβράνη για να διαχωρίσετε δύο διαλύματα αλάτων διαφορετικών συγκεντρώσεων. Τα μόρια νερού του διαλύματος άλατος χαμηλής συγκέντρωσης θα περάσουν μέσω της ημιπερατής μεμβράνης στο διάλυμα άλατος υψηλής συγκέντρωσης και τα μόρια νερού του διαλύματος άλατος υψηλής συγκέντρωσης θα περάσουν επίσης μέσω της ημιδιαπερατής μεμβράνης στο διάλυμα άλατος χαμηλής συγκέντρωσης, αλλά ο αριθμός είναι μικρότερος, επομένως το επίπεδο συγκέντρωσης του υγρού στην πλευρά του άλατος υψηλής συγκέντρωσης. Όταν η διαφορά ύψους των επιπέδων του υγρού και στις δύο πλευρές παράγει αρκετή πίεση για να εμποδίσει το νερό να ρέει ξανά, η όσμωση θα σταματήσει. Αυτή τη στιγμή, η πίεση που δημιουργείται από τη διαφορά ύψους των επιπέδων του υγρού και στις δύο πλευρές είναι η ωσμωτική πίεση. Σε γενικές γραμμές, όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση άλατος, τόσο μεγαλύτερη είναι η οσμωτική πίεση.
Η κατάσταση των μικροοργανισμών σε διαλύματα αλμυρού νερού είναι παρόμοια με το πείραμα της οσμωτικής πίεσης. Η μοναδιαία δομή των μικροοργανισμών είναι τα κύτταρα και το κυτταρικό τοίχωμα είναι ισοδύναμο με μια ημιπερατή μεμβράνη. Όταν η συγκέντρωση ιόντων χλωρίου είναι μικρότερη ή ίση με 2000 mg/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 κάποια σκληρότητα και ελαστικότητα, η ωσμωτική 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 5000 mg/L, η οσμωτική πίεση θα αυξηθεί σε περίπου 10-30 ατμόσφαιρες. Κάτω από μια τέτοια υψηλή οσμωτική πίεση, μια μεγάλη ποσότητα μορίων νερού στον μικροοργανισμό θα διεισδύσει στο εξωσωματικό διάλυμα, προκαλώντας αφυδάτωση και πλασμόλυση των κυττάρων και σε σοβαρές περιπτώσεις, ο μικροοργανισμός θα πεθάνει. Στην καθημερινή ζωή, οι άνθρωποι χρησιμοποιούν αλάτι (χλωριούχο νάτριο) για να τουρσί λαχανικά και ψάρια, να αποστειρώνουν και να συντηρούν τα τρόφιμα, κάτι που είναι η εφαρμογή αυτής της αρχής.
Τα δεδομένα της μηχανικής εμπειρίας δείχνουν ότι όταν η συγκέντρωση ιόντων χλωρίου στα λύματα είναι μεγαλύτερη από 2000 mg/L, η δραστηριότητα των μικροοργανισμών θα ανασταλεί και ο ρυθμός αφαίρεσης COD θα μειωθεί σημαντικά. όταν η συγκέντρωση ιόντων χλωρίου στα λύματα είναι μεγαλύτερη από 8000 mg/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 άλλο.
Ωστόσο, μετά από μακροχρόνια εξημέρωση, οι μικροοργανισμοί θα προσαρμοστούν σταδιακά στην ανάπτυξη και την αναπαραγωγή σε αλμυρό νερό υψηλής συγκέντρωσης. Επί του παρόντος, μερικοί άνθρωποι έχουν εξημερωμένους μικροοργανισμούς που μπορούν να προσαρμοστούν σε συγκεντρώσεις ιόντων χλωρίου ή θειικών αλάτων πάνω από 10000 mg/L. Ωστόσο, η αρχή της οσμωτικής πίεσης μας λέει ότι η συγκέντρωση άλατος του κυτταρικού υγρού των μικροοργανισμών που έχουν προσαρμοστεί στην ανάπτυξη και την αναπαραγωγή σε αλμυρό νερό υψηλής συγκέντρωσης είναι πολύ υψηλή. Μόλις η συγκέντρωση άλατος 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. Ως εκ τούτου, οι μικροοργανισμοί που έχουν εξημερωθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα και μπορούν σταδιακά να προσαρμοστούν στην ανάπτυξη και την αναπαραγωγή σε αλμυρό νερό υψηλής συγκέντρωσης απαιτούν η συγκέντρωση άλατος στο βιοχημικό εισερχόμενο να διατηρείται πάντα σε αρκετά υψηλό επίπεδο και να μην μπορεί να κυμαίνεται, διαφορετικά οι μικροοργανισμοί θα πεθάνουν σε μεγάλους αριθμούς.
Ώρα ανάρτησης: Φεβ-28-2025