Opiszmy najpierw eksperyment z ciśnieniem osmotycznym: użyj membrany półprzepuszczalnej do rozdzielenia dwóch roztworów soli o różnych stężeniach. Cząsteczki wody z roztworu soli o niskim stężeniu przejdą przez membranę półprzepuszczalną do roztworu soli o wysokim stężeniu, a cząsteczki wody z roztworu soli o wysokim stężeniu również przejdą przez membranę półprzepuszczalną do roztworu soli o niskim stężeniu, ale ich liczba będzie mniejsza, więc poziom cieczy po stronie roztworu soli o wysokim stężeniu wzrośnie. Gdy różnica poziomów cieczy po obu stronach wytworzy wystarczające ciśnienie, aby zapobiec ponownemu przepływowi wody, osmoza ustanie. W tym momencie ciśnienie generowane przez różnicę poziomów cieczy po obu stronach jest ciśnieniem osmotycznym. Ogólnie rzecz biorąc, im wyższe stężenie soli, tym wyższe ciśnienie osmotyczne.
Sytuacja mikroorganizmów w roztworach wody słonej jest podobna do eksperymentu z ciśnieniem osmotycznym. Jednostką strukturalną mikroorganizmów są komórki, a ściana komórkowa jest odpowiednikiem błony półprzepuszczalnej. Gdy stężenie jonów chlorkowych jest mniejsze lub równe 2000 mg/l, ciśnienie osmotyczne, jakie może wytrzymać ściana komórkowa, wynosi 0,5–1,0 atmosfery. Nawet jeśli ściana komórkowa i błona cytoplazmatyczna mają pewną wytrzymałość i elastyczność, ciśnienie osmotyczne, jakie może wytrzymać ściana komórkowa, nie będzie większe niż 5–6 atmosfer. Jednakże, gdy stężenie jonów chlorkowych w roztworze wodnym przekroczy 5000 mg/l, ciśnienie osmotyczne wzrośnie do około 10–30 atmosfer. Pod tak wysokim ciśnieniem osmotycznym duża ilość cząsteczek wody z mikroorganizmu wniknie do roztworu pozaustrojowego, powodując odwodnienie komórek i plazmolizę, a w ciężkich przypadkach mikroorganizm umrze. Na co dzień ludzie używają soli (chlorku sodu) do marynowania warzyw i ryb, sterylizowania i konserwowania żywności, co stanowi zastosowanie tej zasady.
Dane z doświadczeń inżynieryjnych pokazują, że gdy stężenie jonów chlorkowych w ściekach jest większe niż 2000 mg/l, aktywność mikroorganizmów zostanie zahamowana, a szybkość usuwania ChZT znacznie spadnie; gdy stężenie jonów chlorkowych w ściekach jest większe niż 8000 mg/l, powoduje to zwiększenie objętości osadu, pojawienie się dużej ilości piany na powierzchni wody i stopniowe wymieranie mikroorganizmów.
Jednak po długotrwałym udomowieniu mikroorganizmy stopniowo adaptują się do wzrostu i rozmnażania w wodzie o wysokim stężeniu soli. Obecnie niektórzy ludzie udomowili mikroorganizmy, które potrafią przystosować się do stężenia jonów chlorkowych lub siarczanów powyżej 10000 mg/l. Zasada ciśnienia osmotycznego mówi nam jednak, że stężenie soli w płynie komórkowym mikroorganizmów, które przystosowały się do wzrostu i rozmnażania w wodzie o wysokim stężeniu soli, jest bardzo wysokie. Gdy stężenie soli w ściekach jest niskie lub bardzo niskie, duża liczba cząsteczek wody w ściekach wnika do mikroorganizmów, powodując pęcznienie komórek drobnoustrojów, a w ciężkich przypadkach ich pękanie i obumieranie. Dlatego też mikroorganizmy, które były udomowione przez długi czas i mogły stopniowo przystosować się do wzrostu i rozmnażania w wodzie o wysokim stężeniu soli, wymagają, aby stężenie soli w dopływie substancji biochemicznych zawsze utrzymywało się na dość wysokim poziomie i nie mogło ulegać wahaniom, w przeciwnym razie mikroorganizmy wyginęłyby w dużych ilościach.
Czas publikacji: 28-02-2025