מדוע למי שפכים מלוחים בריכוז גבוה יש השפעה גדולה במיוחד על מיקרואורגניזמים?

ראשית נתאר ניסוי לחץ אוסמוטי: השתמשו בקרום חדיר למחצה כדי להפריד בין שתי תמיסות מלח בריכוזים שונים. מולקולות המים של תמיסת המלח בריכוז נמוך יעברו דרך הקרום החדיר למחצה אל תמיסת המלח בריכוז גבוה, ומולקולות המים של תמיסת המלח בריכוז גבוה יעברו גם הן דרך הקרום החדיר למחצה אל תמיסת המלח בריכוז נמוך, אך המספר קטן יותר, כך שמפלס הנוזל בצד של תמיסת המלח בריכוז גבוה יעלה. כאשר הפרש הגובה של מפלסי הנוזל משני הצדדים מייצר לחץ מספיק כדי למנוע מהמים לזרום שוב, האוסמוזה תיפסק. בשלב זה, הלחץ שנוצר מהפרש הגובה של מפלסי הנוזל משני הצדדים הוא הלחץ האוסמוטי. באופן כללי, ככל שריכוז המלח גבוה יותר, כך הלחץ האוסמוטי גדול יותר.

מצבם של מיקרואורגניזמים בתמיסות מי מלח דומה לניסוי הלחץ האוסמוטי. מבנה היחידה של מיקרואורגניזמים הוא תאים, ודופן התא שווה ערך לממברנה חדירה למחצה. כאשר ריכוז יוני הכלוריד קטן או שווה ל-2000 מ"ג/ליטר, הלחץ האוסמוטי שדופן התא יכולה לעמוד בו הוא 0.5-1.0 אטמוספרות. גם אם לדופן התא ולממברנה הציטופלזמית יש קשיחות ואלסטיות מסוימות, הלחץ האוסמוטי שדופן התא יכולה לעמוד בו לא יעלה על 5-6 אטמוספרות. עם זאת, כאשר ריכוז יוני הכלוריד בתמיסה המימית עולה על 5000 מ"ג/ליטר, הלחץ האוסמוטי יגדל לכ-10-30 אטמוספרות. תחת לחץ אוסמוטי גבוה שכזה, כמות גדולה של מולקולות מים במיקרואורגניזם יחדרו לתמיסה החוץ-גופית, מה שיגרום להתייבשות התא ולפלסמוליזה, ובמקרים חמורים, המיקרואורגניזם ימות. בחיי היומיום, אנשים משתמשים במלח (נתרן כלורי) כדי למחמצת ירקות ודגים, לעקר ולשמר מזון, וזהו היישום של עיקרון זה.

נתוני ניסיון הנדסי מראים שכאשר ריכוז יוני הכלוריד במי שפכים גבוה מ-2000 מ"ג/ליטר, פעילות המיקרואורגניזמים תיעצר וקצב הסרת ה-COD יירד משמעותית; כאשר ריכוז יוני הכלוריד במי שפכים גבוה מ-8000 מ"ג/ליטר, הדבר יגרום להתרחבות נפח הבוצה, כמות גדולה של קצף תופיע על פני המים, והמיקרואורגניזמים ימותו בזה אחר זה.

עם זאת, לאחר ביות ארוך טווח, מיקרואורגניזמים יסתגלו בהדרגה לגדילה ורבייה במי מלח בריכוז גבוה. כיום, יש אנשים שבייתו מיקרואורגניזמים שיכולים להסתגל לריכוזי יוני כלוריד או סולפט מעל 10000 מ"ג/ליטר. עם זאת, עקרון הלחץ האוסמוטי אומר לנו שריכוז המלח בנוזל התא של מיקרואורגניזמים שהסתגלו לגדילה ורבייה במי מלח בריכוז גבוה הוא גבוה מאוד. ברגע שריכוז המלח במי השפכים נמוך או נמוך מאוד, מספר רב של מולקולות מים במי השפכים יחדרו לתוך המיקרואורגניזמים, מה שיגרום לתאים המיקרוביאליים להתנפח, ובמקרים חמורים, להיקרע ולמות. לכן, מיקרואורגניזמים שבויתו במשך זמן רב ויכולים להסתגל בהדרגה לגדילה ורבייה במי מלח בריכוז גבוה דורשים שריכוז המלח בזרם הביוכימי יישמר תמיד ברמה גבוהה למדי, ולא יוכל להשתנות, אחרת המיקרואורגניזמים ימותו במספרים גדולים.