Descriviamo innanzitutto un esperimento sulla pressione osmotica: utilizziamo una membrana semipermeabile per separare due soluzioni saline a diversa concentrazione. Le molecole d'acqua della soluzione salina a bassa concentrazione attraverseranno la membrana semipermeabile passando alla soluzione salina ad alta concentrazione, e viceversa, ma in numero minore. Di conseguenza, il livello del liquido sul lato della soluzione salina ad alta concentrazione aumenterà. Quando la differenza di altezza tra i due livelli del liquido genera una pressione sufficiente a impedire il flusso dell'acqua, l'osmosi si arresta. A questo punto, la pressione generata dalla differenza di altezza tra i due livelli del liquido rappresenta la pressione osmotica. In generale, maggiore è la concentrazione salina, maggiore è la pressione osmotica.
La situazione dei microrganismi in soluzioni saline è simile a quella dell'esperimento sulla pressione osmotica. L'unità strutturale dei microrganismi è la cellula, e la parete cellulare è equivalente a una membrana semipermeabile. Quando la concentrazione di ioni cloruro è inferiore o uguale a 2000 mg/L, la pressione osmotica che la parete cellulare può sopportare è di 0,5-1,0 atmosfere. Anche se la parete cellulare e la membrana citoplasmatica possiedono una certa resistenza ed elasticità, la pressione osmotica che la parete cellulare può sopportare non supererà le 5-6 atmosfere. Tuttavia, quando la concentrazione di ioni cloruro nella soluzione acquosa supera i 5000 mg/L, la pressione osmotica aumenterà fino a circa 10-30 atmosfere. Sotto una pressione osmotica così elevata, una grande quantità di molecole d'acqua presenti nel microrganismo penetrerà nella soluzione extracorporea, causando disidratazione cellulare e plasmolisi e, nei casi più gravi, la morte del microrganismo. Nella vita quotidiana, le persone usano il sale (cloruro di sodio) per conservare verdure e pesce, sterilizzare e preservare gli alimenti: questa è un'applicazione di tale principio.
I dati derivanti dall'esperienza ingegneristica dimostrano che quando la concentrazione di ioni cloruro nelle acque reflue supera i 2000 mg/L, l'attività dei microrganismi viene inibita e il tasso di rimozione del COD diminuisce significativamente; quando la concentrazione di ioni cloruro nelle acque reflue supera gli 8000 mg/L, si verifica un aumento del volume dei fanghi, la formazione di una grande quantità di schiuma sulla superficie dell'acqua e la morte progressiva dei microrganismi.
Tuttavia, dopo un lungo periodo di allevamento, i microrganismi si adattano gradualmente a crescere e riprodursi in acque ad alta concentrazione di sale. Attualmente, alcune persone sono riuscite ad allevare microrganismi in grado di adattarsi a concentrazioni di ioni cloruro o solfato superiori a 10.000 mg/L. Tuttavia, il principio della pressione osmotica ci dice che la concentrazione di sale nel fluido cellulare dei microrganismi che si sono adattati a crescere e riprodursi in acque ad alta concentrazione di sale è molto elevata. Quando la concentrazione di sale nelle acque reflue è bassa o molto bassa, un gran numero di molecole d'acqua penetra nei microrganismi, causando il rigonfiamento delle cellule microbiche e, nei casi più gravi, la rottura e la morte. Pertanto, i microrganismi allevati per lungo tempo e in grado di adattarsi gradualmente a crescere e riprodursi in acque ad alta concentrazione di sale richiedono che la concentrazione di sale nell'affluente biochimico sia sempre mantenuta a un livello piuttosto elevato e non subisca fluttuazioni, altrimenti i microrganismi moriranno in gran numero.
Data di pubblicazione: 28 febbraio 2025