Чому висококонцентровані солоні стічні води особливо сильно впливають на мікроорганізми?

Давайте спочатку опишемо експеримент з осмотичним тиском: за допомогою напівпроникної мембрани розділіть два розчини солей різної концентрації. Молекули води сольового розчину низької концентрації будуть проходити через напівпроникну мембрану в сольовий розчин високої концентрації, а молекули води сольового розчину високої концентрації також будуть проходити через напівпроникну мембрану в сольовий розчин низької концентрації, але їх кількість менша, тому рівень рідини на стороні сольового розчину високої концентрації підвищиться. Коли різниця у висоті рівнів рідини з обох сторін створює достатній тиск, щоб вода не текла знову, осмос припиняється. У цей час тиск, створюваний різницею висот рівнів рідини з обох сторін, є осмотичним тиском. Взагалі кажучи, чим вища концентрація солі, тим вищий осмотичний тиск.

Ситуація мікроорганізмів у розчинах солоної води подібна до експерименту з осмотичним тиском. Одиницею структури мікроорганізмів є клітини, а клітинна стінка еквівалентна напівпроникній мембрані. Коли концентрація хлорид-іонів менше або дорівнює 2000 мг/л, осмотичний тиск, який може витримати клітинна стінка, становить 0,5-1,0 атмосфери. Навіть якщо клітинна стінка і цитоплазматична мембрана мають певну міцність і еластичність, осмотичний тиск, який може витримати клітинна стінка, не буде перевищувати 5-6 атмосфер. Однак, коли концентрація хлорид-іонів у водному розчині перевищує 5000 мг/л, осмотичний тиск збільшиться приблизно до 10-30 атмосфер. Під таким високим осмотичним тиском велика кількість молекул води мікроорганізму проникне в екстракорпоральний розчин, викликаючи дегідратацію клітини та плазмоліз, а у важких випадках мікроорганізм гине. У повсякденному житті люди використовують сіль (хлорид натрію) для маринування овочів і риби, стерилізації та консервування їжі, що є застосуванням цього принципу.

Дані інженерного досвіду показують, що коли концентрація хлорид-іонів у стічній воді перевищує 2000 мг/л, активність мікроорганізмів буде пригнічена, а швидкість видалення ХПК значно знизиться; коли концентрація хлорид-іонів у стічній воді перевищує 8000 мг/л, це призведе до розширення об’єму мулу, на поверхні води з’явиться велика кількість піни, і мікроорганізми загинуть один за одним.

Однак після тривалого одомашнення мікроорганізми поступово пристосуються до росту та розмноження у солоній воді з високою концентрацією. В даний час деякі люди мають одомашнені мікроорганізми, які можуть адаптуватися до концентрації іонів хлориду або сульфату вище 10000 мг/л. Однак принцип осмотичного тиску говорить нам про те, що концентрація солі в клітинній рідині мікроорганізмів, які пристосувалися рости і розмножуватися в солоній воді з високою концентрацією, дуже висока. Якщо концентрація солі в стічній воді низька або дуже низька, велика кількість молекул води в стічній воді проникне всередину мікроорганізмів, викликаючи набухання мікробних клітин, а в важких випадках – розрив і загибель. Таким чином, мікроорганізми, які були одомашнені протягом тривалого часу і можуть поступово адаптуватися до росту та розмноження в солоній воді з високою концентрацією, вимагають, щоб концентрація солі в біохімічній воді завжди підтримувалася на досить високому рівні та не могла коливатися, інакше мікроорганізми загинуть у великій кількості.