Спочатку опишемо експеримент з осмотичним тиском: використаємо напівпроникну мембрану для розділення двох розчинів солей різної концентрації. Молекули води з розчину солі низької концентрації проходитимуть через напівпроникну мембрану в розчин солі високої концентрації, а молекули води з розчину солі високої концентрації також проходитимуть через напівпроникну мембрану в розчин солі низької концентрації, але їх кількість буде меншою, тому рівень рідини на стороні розчину солі високої концентрації підвищиться. Коли різниця висот рівнів рідини з обох боків створить достатній тиск, щоб запобігти повторному потоку води, осмос зупиниться. У цей час тиск, що створюється різницею висот рівнів рідини з обох боків, є осмотичним тиском. Загалом кажучи, чим вища концентрація солі, тим більший осмотичний тиск.
Ситуація з мікроорганізмами в розчинах солоної води подібна до експерименту з осмотичним тиском. Одиничною структурою мікроорганізмів є клітини, а клітинна стінка еквівалентна напівпроникній мембрані. Коли концентрація хлорид-іонів менша або дорівнює 2000 мг/л, осмотичний тиск, який може витримувати клітинна стінка, становить 0,5-1,0 атмосфери. Навіть якщо клітинна стінка та цитоплазматична мембрана мають певну міцність та еластичність, осмотичний тиск, який може витримувати клітинна стінка, не перевищуватиме 5-6 атмосфер. Однак, коли концентрація хлорид-іонів у водному розчині перевищує 5000 мг/л, осмотичний тиск зростає приблизно до 10-30 атмосфер. За такого високого осмотичного тиску велика кількість молекул води з мікроорганізму проникає в екстракорпоральний розчин, що викликає зневоднення клітин та плазмоліз, а у важких випадках мікроорганізм гине. У повсякденному житті люди використовують сіль (хлорид натрію) для маринування овочів та риби, стерилізації та консервування продуктів, що є застосуванням цього принципу.
Дані інженерного досвіду показують, що коли концентрація іонів хлориду у стічних водах перевищує 2000 мг/л, активність мікроорганізмів пригнічується, а швидкість видалення ХСК значно знижується; коли концентрація іонів хлориду у стічних водах перевищує 8000 мг/л, це призводить до розширення об'єму осаду, появи великої кількості піни на поверхні води, і мікроорганізми гинуть один за одним.
Однак, після тривалого одомашнення, мікроорганізми поступово адаптуються до росту та розмноження у висококонцентрованій солоній воді. Наразі деякі люди одомашнили мікроорганізми, які можуть адаптуватися до концентрації іонів хлориду або сульфату вище 10000 мг/л. Однак, принцип осмотичного тиску говорить нам, що концентрація солі в клітинній рідині мікроорганізмів, які адаптувалися до росту та розмноження у висококонцентрованій солоній воді, дуже висока. Як тільки концентрація солі у стічних водах низька або дуже низька, велика кількість молекул води у стічних водах проникає в мікроорганізми, що призводить до набрякання мікробних клітин, а у важких випадках до розриву та загибелі. Тому мікроорганізми, які були одомашнені протягом тривалого часу та можуть поступово адаптуватися до росту та розмноження у висококонцентрованій солоній воді, вимагають, щоб концентрація солі в біохімічному потоці завжди підтримувалася на досить високому рівні та не могла коливатися, інакше мікроорганізми гинуть у великій кількості.
Час публікації: 28 лютого 2025 р.