لنبدأ بوصف تجربة الضغط الأسموزي: استخدم غشاءً شبه منفذ لفصل محلولين ملحيين بتركيزين مختلفين. ستعبر جزيئات الماء من المحلول الملحي منخفض التركيز عبر الغشاء شبه المنفذ إلى المحلول الملحي عالي التركيز، وستعبر جزيئات الماء من المحلول الملحي عالي التركيز أيضًا عبر الغشاء شبه المنفذ إلى المحلول الملحي منخفض التركيز، ولكن عددها أقل، لذا سيرتفع مستوى السائل على جانب المحلول الملحي عالي التركيز. عندما يُنتج فرق الارتفاع بين مستوى السائلين على كلا الجانبين ضغطًا كافيًا لمنع تدفق الماء مرة أخرى، ستتوقف العملية الأسموزي. في هذه الحالة، يُسمى الضغط الناتج عن فرق الارتفاع بين مستوى السائلين على كلا الجانبين الضغط الأسموزي. وبشكل عام، كلما زاد تركيز الملح، زاد الضغط الأسموزي.
يشبه وضع الكائنات الدقيقة في محاليل المياه المالحة تجربة الضغط الأسموزي. تتكون وحدة الكائنات الدقيقة من الخلايا، وجدار الخلية يُعادل غشاءً شبه نافذ. عندما يكون تركيز أيونات الكلوريد أقل من أو يساوي 2000 ملغم/لتر، يكون الضغط الأسموزي الذي يتحمله جدار الخلية 0.5-1.0 ضغط جوي. حتى مع تمتع جدار الخلية والغشاء السيتوبلازمي بصلابة ومرونة معينتين، فإن الضغط الأسموزي الذي يتحمله جدار الخلية لن يتجاوز 5-6 ضغط جوي. ومع ذلك، عندما يكون تركيز أيونات الكلوريد في المحلول المائي أعلى من 5000 ملغم/لتر، يرتفع الضغط الأسموزي إلى حوالي 10-30 ضغط جوي. تحت هذا الضغط الأسموزي العالي، تخترق كمية كبيرة من جزيئات الماء الموجودة في الكائن الدقيق المحلول خارج الجسم، مما يتسبب في جفاف الخلايا وانحلال البلازما، وفي الحالات الشديدة، يموت الكائن الدقيق. في الحياة اليومية، يستخدم الناس الملح (كلوريد الصوديوم) لتخليل الخضروات والأسماك، وتعقيم الطعام وحفظه، وهو تطبيق لهذا المبدأ.
تظهر بيانات الخبرة الهندسية أنه عندما يكون تركيز أيونات الكلوريد في مياه الصرف الصحي أكبر من 2000 ملجم / لتر، سيتم تثبيط نشاط الكائنات الحية الدقيقة وسينخفض معدل إزالة COD بشكل كبير؛ عندما يكون تركيز أيونات الكلوريد في مياه الصرف الصحي أكبر من 8000 ملجم / لتر، سيؤدي ذلك إلى توسع حجم الحمأة، وستظهر كمية كبيرة من الرغوة على سطح الماء، وستموت الكائنات الحية الدقيقة واحدة تلو الأخرى.
ومع ذلك، بعد تدجين طويل الأمد، ستتكيف الكائنات الدقيقة تدريجيًا مع النمو والتكاثر في المياه المالحة عالية التركيز. حاليًا، يمتلك بعض الناس كائنات دقيقة قادرة على التكيف مع تركيزات أيونات الكلوريد أو الكبريتات التي تزيد عن 10000 ملجم/لتر. ومع ذلك، يُشير مبدأ الضغط الأسموزي إلى أن تركيز الملح في سائل خلايا الكائنات الدقيقة التي تكيفت مع النمو والتكاثر في المياه المالحة عالية التركيز يكون مرتفعًا جدًا. بمجرد أن يكون تركيز الملح في مياه الصرف منخفضًا أو منخفضًا جدًا، يخترق عدد كبير من جزيئات الماء الموجودة في مياه الصرف الكائنات الدقيقة، مما يتسبب في تضخم الخلايا الميكروبية، وفي الحالات الشديدة، تمزقها وموتها. لذلك، فإن الكائنات الحية الدقيقة التي تم تدجينها لفترة طويلة والتي يمكنها التكيف تدريجيا مع النمو والتكاثر في المياه المالحة ذات التركيز العالي تتطلب أن يتم الحفاظ على تركيز الملح في التدفق الكيميائي الحيوي دائما عند مستوى مرتفع إلى حد ما، ولا يمكن أن يتقلب، وإلا فإن الكائنات الحية الدقيقة سوف تموت بأعداد كبيرة.
وقت النشر: ٢٨ فبراير ٢٠٢٥