Давайте сначала опишем эксперимент по осмотическому давлению: используем полупроницаемую мембрану для разделения двух солевых растворов разной концентрации. Молекулы воды из солевого раствора низкой концентрации пройдут через полупроницаемую мембрану в солевой раствор высокой концентрации, а молекулы воды из солевого раствора высокой концентрации также пройдут через полупроницаемую мембрану в солевой раствор низкой концентрации, но их число меньше, поэтому уровень жидкости на стороне солевого раствора высокой концентрации поднимется. Когда разница высот уровней жидкости с обеих сторон создаст достаточное давление, чтобы предотвратить повторное течение воды, осмос прекратится. В это время давление, создаваемое разницей высот уровней жидкости с обеих сторон, является осмотическим давлением. Вообще говоря, чем выше концентрация соли, тем больше осмотическое давление.
Ситуация с микроорганизмами в растворах соленой воды аналогична эксперименту с осмотическим давлением. Единичной структурой микроорганизмов являются клетки, а клеточная стенка эквивалентна полупроницаемой мембране. Когда концентрация ионов хлора меньше или равна 2000 мг/л, осмотическое давление, которое может выдержать клеточная стенка, составляет 0,5–1,0 атмосферы. Даже если клеточная стенка и цитоплазматическая мембрана обладают определенной прочностью и эластичностью, осмотическое давление, которое может выдержать клеточная стенка, не будет превышать 5–6 атмосфер. Однако, когда концентрация ионов хлора в водном растворе превышает 5000 мг/л, осмотическое давление увеличится примерно до 10–30 атмосфер. При таком высоком осмотическом давлении большое количество молекул воды в микроорганизме проникнет в экстракорпоральный раствор, вызывая дегидратацию клеток и плазмолиз, а в тяжелых случаях микроорганизм погибнет. В повседневной жизни люди используют соль (хлорид натрия) для маринования овощей и рыбы, стерилизации и консервирования продуктов, что является применением этого принципа.
Данные инженерного опыта показывают, что при концентрации хлорид-ионов в сточных водах более 2000 мг/л активность микроорганизмов будет подавлена, а скорость удаления ХПК значительно снизится; при концентрации хлорид-ионов в сточных водах более 8000 мг/л объем ила увеличится, на поверхности воды появится большое количество пены, а микроорганизмы один за другим погибнут.
Однако после длительного одомашнивания микроорганизмы постепенно адаптируются к росту и размножению в соленой воде высокой концентрации. В настоящее время некоторые люди одомашнили микроорганизмы, которые могут адаптироваться к концентрациям хлорид-ионов или сульфатов выше 10000 мг/л. Однако принцип осмотического давления говорит нам, что концентрация соли в клеточной жидкости микроорганизмов, которые адаптировались к росту и размножению в соленой воде высокой концентрации, очень высока. Как только концентрация соли в сточных водах становится низкой или очень низкой, большое количество молекул воды в сточных водах проникает в микроорганизмы, заставляя микробные клетки набухать, а в тяжелых случаях разрываться и погибать. Поэтому микроорганизмам, которые были одомашнены в течение длительного времени и могут постепенно адаптироваться к росту и размножению в соленой воде высокой концентрации, необходимо, чтобы концентрация соли в биохимическом потоке всегда поддерживалась на довольно высоком уровне и не могла колебаться, в противном случае микроорганизмы погибнут в большом количестве.
Время публикации: 28 февр. 2025 г.