لماذا يكون لمياه الصرف الصحي المالحة عالية التركيز تأثير كبير بشكل خاص على الكائنات الحية الدقيقة؟

لنبدأ بوصف تجربة الضغط الأسموزي: نستخدم غشاءً شبه منفذ لفصل محلولين ملحيين مختلفي التركيز. تمر جزيئات الماء من المحلول الملحي ذي التركيز المنخفض عبر الغشاء إلى المحلول الملحي ذي التركيز العالي، كما تمر جزيئات الماء من المحلول الملحي ذي التركيز العالي عبر الغشاء إلى المحلول الملحي ذي التركيز المنخفض، ولكن بكمية أقل، مما يؤدي إلى ارتفاع مستوى السائل في جانب المحلول الملحي ذي التركيز العالي. عندما يُحدث فرق الارتفاع بين مستويي السائلين ضغطًا كافيًا لمنع تدفق الماء مجددًا، تتوقف عملية الأسموزية. عندئذٍ، يكون الضغط الناتج عن فرق الارتفاع بين مستويي السائلين هو الضغط الأسموزي. وبشكل عام، كلما زاد تركيز الملح، زاد الضغط الأسموزي.

تُشابه حالة الكائنات الدقيقة في محاليل المياه المالحة تجربة الضغط الأسموزي. تتكون الكائنات الدقيقة من خلايا، ويُعادل جدار الخلية غشاءً شبه منفذ. عندما يكون تركيز أيون الكلوريد أقل من أو يساوي 2000 ملغم/لتر، يكون الضغط الأسموزي الذي يتحمله جدار الخلية بين 0.5 و1.0 ضغط جوي. حتى مع وجود قدر من الصلابة والمرونة في جدار الخلية والغشاء السيتوبلازمي، فإن الضغط الأسموزي الذي يتحمله جدار الخلية لن يتجاوز 5-6 ضغط جوي. مع ذلك، عندما يتجاوز تركيز أيون الكلوريد في المحلول المائي 5000 ملغم/لتر، يرتفع الضغط الأسموزي إلى حوالي 10-30 ضغط جوي. تحت هذا الضغط الأسموزي المرتفع، تتسرب كمية كبيرة من جزيئات الماء الموجودة في الكائن الدقيق إلى المحلول الخارجي، مما يُسبب جفاف الخلية وانكماشها، وفي الحالات الشديدة، يموت الكائن الدقيق. في الحياة اليومية، يستخدم الناس الملح (كلوريد الصوديوم) لتخليل الخضراوات والأسماك، وتعقيم وحفظ الطعام، وهذا هو تطبيق لهذا المبدأ.

تُظهر بيانات الخبرة الهندسية أنه عندما يكون تركيز أيون الكلوريد في مياه الصرف الصحي أكبر من 2000 ملغم/لتر، فإن نشاط الكائنات الحية الدقيقة سيتثبط وينخفض ​​معدل إزالة COD بشكل كبير؛ وعندما يكون تركيز أيون الكلوريد في مياه الصرف الصحي أكبر من 8000 ملغم/لتر، فإنه سيؤدي إلى تمدد حجم الحمأة، وظهور كمية كبيرة من الرغوة على سطح الماء، وموت الكائنات الحية الدقيقة واحدة تلو الأخرى.

مع ذلك، بعد استئناسها على المدى الطويل، تتكيف الكائنات الدقيقة تدريجيًا مع النمو والتكاثر في المياه المالحة عالية التركيز. حاليًا، نجح البعض في استئناس كائنات دقيقة قادرة على التكيف مع تركيزات أيونات الكلوريد أو الكبريتات التي تتجاوز 10000 ملغم/لتر. لكن مبدأ الضغط الأسموزي يُشير إلى أن تركيز الملح في سائل خلايا الكائنات الدقيقة المُتكيفة مع النمو والتكاثر في المياه المالحة عالية التركيز يكون مرتفعًا جدًا. فعندما ينخفض ​​تركيز الملح في مياه الصرف الصحي أو ينخفض ​​بشدة، يتغلغل عدد كبير من جزيئات الماء الموجودة في مياه الصرف الصحي إلى داخل الكائنات الدقيقة، مما يُسبب انتفاخ خلاياها، وفي الحالات الشديدة، تمزقها وموتها. لذلك، فإن الكائنات الحية الدقيقة التي تم استئناسها لفترة طويلة ويمكنها التكيف تدريجياً مع النمو والتكاثر في المياه المالحة عالية التركيز تتطلب أن يتم الحفاظ على تركيز الملح في المدخلات البيوكيميائية عند مستوى عالٍ إلى حد ما، ولا يمكن أن يتقلب، وإلا فإن الكائنات الحية الدقيقة ستموت بأعداد كبيرة.