מדוע לשפכים מלוחים בריכוז גבוה יש השפעה גדולה במיוחד על מיקרואורגניזמים?

תחילה נתאר ניסוי בלחץ אוסמוטי: השתמש בממברנה חדירה למחצה כדי להפריד בין שתי תמיסות מלח בריכוזים שונים. מולקולות המים של תמיסת המלח בריכוז נמוך יעברו דרך הממברנה החדירה למחצה לתמיסת המלח בריכוז גבוה, ומולקולות המים של תמיסת המלח בריכוז גבוה יעברו גם דרך הממברנה החדירה למחצה לתמיסת המלח בריכוז נמוך, אך המספר קטן יותר, ולכן רמת הנוזל בצד תמיסת המלח תעלה. כאשר הפרש הגבהים של מפלסי הנוזל משני הצדדים מייצר מספיק לחץ כדי למנוע מהמים לזרום שוב, האוסמוזה תיפסק. בשלב זה, הלחץ שנוצר מהפרש הגובה של רמות הנוזל משני הצדדים הוא הלחץ האוסמוטי. באופן כללי, ככל שריכוז המלח גבוה יותר, 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-2000mg/L, הלחץ האוסמוטי שדופן התא יכול לעמוד בו הוא 0.5-1.0 אטמוספרות. גם אם לדופן התא ולממברנה הציטופלזמית יש קשיחות וגמישות מסוימת, הלחץ האוסמוטי שדופן התא יכול לעמוד בו לא יהיה גדול מ-5-6 אטמוספרות. עם זאת, כאשר ריכוז יוני הכלוריד בתמיסה המימית הוא מעל 5000mg/L, הלחץ האוסמוטי יעלה לכ-10-30 אטמוספרות. בלחץ אוסמוטי גבוה כל כך, כמות גדולה של מולקולות מים במיקרואורגניזם יחדור לתוך התמיסה החוץ גופית, תגרום להתייבשות תאים ופלסמוליזה, ובמקרים חמורים, המיקרואורגניזם ימות. בחיי היומיום, אנשים משתמשים במלח (נתרן כלורי) כדי לחמוץ ירקות ודגים, לעקור ולשמר מזון, וזה היישום של עיקרון זה.

נתוני הניסיון ההנדסי מראים שכאשר ריכוז יוני הכלוריד בשפכים גבוה מ-2000 מ"ג/ליטר, פעילות המיקרואורגניזמים תיעכב וקצב סילוק ה-COD יירד באופן משמעותי; כאשר ריכוז יוני הכלוריד בשפכים גדול מ-8000 מ"ג/ליטר, זה יגרום לנפח הבוצה להתרחב, כמות גדולה של קצף תופיע על פני המים, והמיקרואורגניזמים ימותו בזה אחר זה.

עם זאת, לאחר ביות ארוך טווח, מיקרואורגניזמים יסתגלו בהדרגה לגידול ולהתרבות במי מלח בריכוז גבוה. נכון לעכשיו, לחלק מהאנשים יש מיקרואורגניזמים מבויתים שיכולים להסתגל לריכוז יוני כלוריד או סולפט מעל 10000 מ"ג/ליטר. עם זאת, עקרון הלחץ האוסמוטי אומר לנו שריכוז המלחים בנוזל התא של מיקרואורגניזמים שהסתגלו לגדול ולהתרבות במי מלח בריכוז גבוה הוא גבוה מאוד. ברגע שריכוז המלחים בשפכים נמוך או נמוך מאוד, מספר רב של מולקולות מים בשפכים יחדרו לתוך המיקרואורגניזמים, מה שיגרום לתאי החיידק להתנפח, ובמקרים חמורים להיקרע ולמות. לכן, מיקרואורגניזמים שבויתו במשך זמן רב ויכולים להסתגל בהדרגה לגידול ולהתרבות במי מלח בריכוז גבוה דורשים שריכוז המלחים במי ההשפעה הביוכימיים יישמר תמיד ברמה גבוהה למדי, ואינם יכולים להשתנות, אחרת המיקרואורגניזמים ימותו בכמות גדולה.