เหตุใดน้ำเสียเกลือที่มีความเข้มข้นสูงจึงมีผลกระทบต่อจุลินทรีย์เป็นพิเศษ?

ก่อนอื่นให้เราอธิบายการทดลองความดันออสโมซิส: ใช้เมมเบรนกึ่งซึมผ่านเพื่อแยกสารละลายเกลือสองชนิดที่มีความเข้มข้นต่างกัน โมเลกุลน้ำของสารละลายเกลือที่มีความเข้มข้นต่ำจะผ่านเมมเบรนกึ่งซึมผ่านเข้าไปในสารละลายเกลือที่มีความเข้มข้นสูง และโมเลกุลน้ำของสารละลายเกลือที่มีความเข้มข้นสูงจะผ่านเมมเบรนกึ่งซึมผ่านเข้าไปในสารละลายเกลือที่มีความเข้มข้นต่ำเช่นกัน แต่จำนวนโมเลกุลน้อยกว่า ดังนั้นระดับของเหลวที่ด้านสารละลายเกลือที่มีความเข้มข้นสูงจะสูงขึ้น เมื่อความแตกต่างของความสูงของระดับของเหลวทั้งสองด้านสร้างแรงดันเพียงพอที่จะป้องกันไม่ให้น้ำไหลอีกครั้ง การออสโมซิสจะหยุดลง ในเวลานี้ แรงดันที่เกิดจากความแตกต่างของความสูงของระดับของเหลวทั้งสองด้านคือแรงดันออสโมซิส โดยทั่วไป ยิ่งความเข้มข้นของเกลือสูงขึ้น แรงดันออสโมซิสก็จะสูงขึ้น

สถานการณ์ของจุลินทรีย์ในสารละลายน้ำเกลือจะคล้ายกับการทดลองความดันออสโมซิส โครงสร้างหน่วยของจุลินทรีย์คือเซลล์ และผนังเซลล์เทียบเท่ากับเยื่อกึ่งซึมผ่าน เมื่อความเข้มข้นของไอออนคลอไรด์น้อยกว่าหรือเท่ากับ 2,000 มก./ล. ความดันออสโมซิสที่ผนังเซลล์สามารถทนได้คือ 0.5-1.0 บรรยากาศ แม้ว่าผนังเซลล์และเยื่อไซโทพลาสซึมจะมีความเหนียวและความยืดหยุ่นในระดับหนึ่ง ความดันออสโมซิสที่ผนังเซลล์สามารถทนได้จะไม่เกิน 5-6 บรรยากาศ อย่างไรก็ตาม เมื่อความเข้มข้นของไอออนคลอไรด์ในสารละลายน้ำสูงกว่า 5,000 มก./ล. ความดันออสโมซิสจะเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 10-30 บรรยากาศ ภายใต้ความดันออสโมซิสที่สูงเช่นนี้ โมเลกุลน้ำจำนวนมากในจุลินทรีย์จะแทรกซึมเข้าไปในสารละลายนอกร่างกาย ทำให้เซลล์ขาดน้ำและสลายพลาสโมไลซิส และในกรณีร้ายแรง จุลินทรีย์จะตาย ในชีวิตประจำวันผู้คนใช้เกลือ (โซเดียมคลอไรด์) เพื่อดองผักและปลา ฆ่าเชื้อและถนอมอาหาร ซึ่งเป็นการประยุกต์ใช้หลักการนี้

ข้อมูลประสบการณ์ด้านวิศวกรรมแสดงให้เห็นว่าเมื่อความเข้มข้นของไอออนคลอไรด์ในน้ำเสียสูงกว่า 2,000 มก./ล. กิจกรรมของจุลินทรีย์จะถูกยับยั้งและอัตราการกำจัด COD จะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อความเข้มข้นของไอออนคลอไรด์ในน้ำเสียสูงกว่า 8,000 มก./ล. จะทำให้ปริมาตรของตะกอนขยายตัว มีโฟมจำนวนมากจะปรากฏบนผิวน้ำ และจุลินทรีย์จะตายทีละตัว

อย่างไรก็ตาม หลังจากการเพาะเลี้ยงในระยะยาว จุลินทรีย์จะค่อยๆ ปรับตัวให้เติบโตและขยายพันธุ์ในน้ำเกลือที่มีความเข้มข้นสูง ในปัจจุบัน ผู้คนบางกลุ่มมีจุลินทรีย์ที่เพาะเลี้ยงแล้วซึ่งสามารถปรับตัวให้เข้ากับความเข้มข้นของคลอไรด์ไอออนหรือซัลเฟตที่สูงกว่า 10,000 มก./ล. ได้ อย่างไรก็ตาม หลักการของแรงดันออสโมซิสบอกเราว่าความเข้มข้นของเกลือในของเหลวในเซลล์ของจุลินทรีย์ที่ปรับตัวให้เติบโตและขยายพันธุ์ในน้ำเกลือที่มีความเข้มข้นสูงนั้นสูงมาก เมื่อความเข้มข้นของเกลือในน้ำเสียต่ำหรือต่ำมาก โมเลกุลน้ำจำนวนมากในน้ำเสียจะแทรกซึมเข้าไปในจุลินทรีย์ ทำให้เซลล์จุลินทรีย์บวมขึ้น และในกรณีที่รุนแรง เซลล์จุลินทรีย์อาจแตกและตายได้ ดังนั้น จุลินทรีย์ที่ถูกเพาะเลี้ยงมาเป็นเวลานานและสามารถปรับตัวให้เจริญเติบโตและสืบพันธุ์ในน้ำเกลือที่มีความเข้มข้นสูงได้ จำเป็นต้องรักษาระดับความเข้มข้นของเกลือในน้ำที่ไหลเข้าทางชีวเคมีให้อยู่ในระดับที่ค่อนข้างสูงอยู่เสมอ และไม่สามารถผันผวนได้ มิฉะนั้น จุลินทรีย์จะตายเป็นจำนวนมาก