Descriviamo innanzitutto un esperimento sulla pressione osmotica: utilizziamo una membrana semipermeabile per separare due soluzioni saline di diversa concentrazione. Le molecole d'acqua della soluzione salina a bassa concentrazione passeranno attraverso la membrana semipermeabile nella soluzione salina ad alta concentrazione, e le molecole d'acqua della soluzione salina ad alta concentrazione passeranno anch'esse attraverso la membrana semipermeabile nella soluzione salina a bassa concentrazione, ma in numero inferiore, quindi il livello del liquido sul lato della soluzione salina ad alta concentrazione aumenterà. Quando la differenza di altezza dei livelli del liquido su entrambi i lati produce una pressione sufficiente a impedire all'acqua di fluire nuovamente, l'osmosi si arresta. A questo punto, la pressione generata dalla differenza di altezza dei livelli del liquido su entrambi i lati è la pressione osmotica. In generale, maggiore è la concentrazione di sale, maggiore è la pressione osmotica.
La situazione dei microrganismi in soluzioni di acqua salata è simile all'esperimento della pressione osmotica. La struttura unitaria 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 presentano una certa tenacità ed elasticità, la pressione osmotica che la parete cellulare può sopportare non sarà superiore a 5-6 atmosfere. Tuttavia, quando la concentrazione di ioni cloruro nella soluzione acquosa è superiore a 5000 mg/L, la pressione osmotica aumenterà a circa 10-30 atmosfere. A 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 mettere sottaceto verdure e pesce, sterilizzare e conservare il cibo, applicando questo principio.
I dati dell'esperienza ingegneristica mostrano che quando la concentrazione di ioni cloruro nelle acque reflue è superiore a 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 è superiore a 8000 mg/L, il volume dei fanghi si espande, sulla superficie dell'acqua compare una grande quantità di schiuma e i microrganismi muoiono uno dopo l'altro.
Tuttavia, dopo un lungo periodo di domesticazione, i microrganismi si adatteranno gradualmente alla crescita e alla riproduzione in acqua salata ad alta concentrazione. Attualmente, alcuni hanno domesticato 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 salina del fluido cellulare dei microrganismi che si sono adattati alla crescita e alla riproduzione in acqua salata ad alta concentrazione è molto elevata. Quando la concentrazione salina 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 che sono stati domesticati per lungo tempo e che possono gradualmente adattarsi alla crescita e alla riproduzione in acqua salata ad alta concentrazione richiedono che la concentrazione salina nell'influente biochimico sia sempre mantenuta a un livello sufficientemente elevato e non possa fluttuare, altrimenti i microrganismi moriranno in gran numero.
Data di pubblicazione: 28 febbraio 2025