เหตุใดน้ำเสียที่มีความเค็มสูงจึงส่งผลกระทบต่อจุลินทรีย์อย่างมากเป็นพิเศษ?

ก่อนอื่นเรามาอธิบายการทดลองเกี่ยวกับแรงดันออสโมติกกันก่อน: ใช้เยื่อกั้นแบบกึ่งซึมผ่านได้เพื่อแยกสารละลายเกลือสองชนิดที่มีความเข้มข้นต่างกัน โมเลกุลของน้ำจากสารละลายเกลือที่มีความเข้มข้นต่ำจะผ่านเยื่อกั้นเข้าไปในสารละลายเกลือที่มีความเข้มข้นสูง และโมเลกุลของน้ำจากสารละลายเกลือที่มีความเข้มข้นสูงก็จะผ่านเยื่อกั้นเข้าไปในสารละลายเกลือที่มีความเข้มข้นต่ำเช่นกัน แต่จำนวนจะน้อยกว่า ดังนั้นระดับของเหลวทางด้านสารละลายเกลือที่มีความเข้มข้นสูงจะสูงขึ้น เมื่อความแตกต่างของระดับของเหลวทั้งสองด้านทำให้เกิดแรงดันมากพอที่จะป้องกันไม่ให้น้ำไหลกลับ ออสโมซิสก็จะหยุดลง ในขณะนี้ แรงดันที่เกิดจากความแตกต่างของระดับของเหลวทั้งสองด้านคือแรงดันออสโมติก โดยทั่วไปแล้ว ความเข้มข้นของเกลือยิ่งสูง แรงดันออสโมติกก็จะยิ่งมากขึ้น

สถานการณ์ของจุลินทรีย์ในสารละลายน้ำเกลือคล้ายคลึงกับการทดลองเรื่องแรงดันออสโมติก โครงสร้างพื้นฐานของจุลินทรีย์คือเซลล์ และผนังเซลล์เปรียบเสมือนเยื่อกั้นกึ่งซึมผ่านได้ เมื่อความเข้มข้นของไอออนคลอไรด์น้อยกว่าหรือเท่ากับ 2000 มิลลิกรัม/ลิตร แรงดันออสโมติกที่ผนังเซลล์ทนได้จะอยู่ที่ 0.5-1.0 บรรยากาศ แม้ว่าผนังเซลล์และเยื่อหุ้มไซโตพลาสซึมจะมีความเหนียวและความยืดหยุ่นในระดับหนึ่ง แรงดันออสโมติกที่ผนังเซลล์ทนได้ก็จะไม่เกิน 5-6 บรรยากาศ อย่างไรก็ตาม เมื่อความเข้มข้นของไอออนคลอไรด์ในสารละลายสูงกว่า 5000 มิลลิกรัม/ลิตร แรงดันออสโมติกจะเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 10-30 บรรยากาศ ภายใต้แรงดันออสโมติกสูงเช่นนี้ โมเลกุลน้ำจำนวนมากในจุลินทรีย์จะแทรกซึมเข้าไปในสารละลายภายนอก ทำให้เซลล์ขาดน้ำและเกิดการหดตัว และในกรณีที่รุนแรง จุลินทรีย์จะตายได้ ในชีวิตประจำวัน ผู้คนใช้เกลือ (โซเดียมคลอไรด์) ในการดองผักและปลา ฆ่าเชื้อ และถนอมอาหาร ซึ่งเป็นการประยุกต์ใช้หลักการนี้

ข้อมูลจากประสบการณ์ทางวิศวกรรมแสดงให้เห็นว่า เมื่อความเข้มข้นของไอออนคลอไรด์ในน้ำเสียมากกว่า 2000 มิลลิกรัม/ลิตร กิจกรรมของจุลินทรีย์จะถูกยับยั้งและอัตราการกำจัด COD จะลดลงอย่างมาก และเมื่อความเข้มข้นของไอออนคลอไรด์ในน้ำเสียมากกว่า 8000 มิลลิกรัม/ลิตร จะทำให้ปริมาตรของตะกอนเพิ่มขึ้น เกิดฟองจำนวนมากบนผิวน้ำ และจุลินทรีย์จะตายไปทีละตัว

อย่างไรก็ตาม หลังจากการเลี้ยงจุลินทรีย์ในระยะยาว จุลินทรีย์จะค่อยๆ ปรับตัวให้สามารถเจริญเติบโตและขยายพันธุ์ได้ในน้ำเกลือที่มีความเข้มข้นสูง ปัจจุบัน มีบางคนสามารถเลี้ยงจุลินทรีย์ที่สามารถปรับตัวให้เข้ากับความเข้มข้นของไอออนคลอไรด์หรือซัลเฟตที่สูงกว่า 10,000 มิลลิกรัม/ลิตรได้แล้ว แต่หลักการของแรงดันออสโมติกบอกเราว่า ความเข้มข้นของเกลือในของเหลวภายในเซลล์ของจุลินทรีย์ที่ปรับตัวให้เจริญเติบโตและขยายพันธุ์ในน้ำเกลือที่มีความเข้มข้นสูงนั้นสูงมาก เมื่อความเข้มข้นของเกลือในน้ำเสียต่ำหรือต่ำมาก โมเลกุลของน้ำจำนวนมากในน้ำเสียจะแทรกซึมเข้าไปในจุลินทรีย์ ทำให้เซลล์จุลินทรีย์บวม และในกรณีที่รุนแรง เซลล์อาจแตกและตายได้ ดังนั้น จุลินทรีย์ที่ได้รับการเลี้ยงดูมาเป็นเวลานานและสามารถปรับตัวให้เจริญเติบโตและขยายพันธุ์ในน้ำเค็มที่มีความเข้มข้นสูงได้นั้น จำเป็นต้องรักษาระดับความเข้มข้นของเกลือในน้ำเสียให้อยู่ในระดับสูงเสมอ และห้ามผันผวน มิเช่นนั้นจุลินทรีย์จะตายเป็นจำนวนมาก