Primero, describamos un experimento de presión osmótica: usemos una membrana semipermeable para separar dos soluciones salinas de diferente concentración. Las moléculas de agua de la solución de baja concentración pasarán a través de la membrana semipermeable hacia la solución de alta concentración, y viceversa, pero en menor cantidad. Por lo tanto, el nivel del líquido en el lado de la solución de alta concentración subirá. Cuando la diferencia de altura entre los niveles de líquido en ambos lados genere suficiente presión como para impedir que el agua vuelva a fluir, la ósmosis se detendrá. En ese momento, la presión generada por la diferencia de altura entre los niveles de líquido en ambos lados es la presión osmótica. En general, cuanto mayor sea la concentración de sal, mayor será la presión osmótica.
La situación de los microorganismos en soluciones de agua salada es similar al experimento de presión osmótica. La unidad estructural de los microorganismos son las células, y la pared celular es equivalente a una membrana semipermeable. Cuando la concentración de iones cloruro es menor o igual a 2000 mg/L, la presión osmótica que la pared celular puede soportar es de 0,5 a 1,0 atmósferas. Incluso si la pared celular y la membrana citoplasmática poseen cierta resistencia y elasticidad, la presión osmótica que la pared celular puede soportar no será mayor de 5 a 6 atmósferas. Sin embargo, cuando la concentración de iones cloruro en la solución acuosa supera los 5000 mg/L, la presión osmótica aumenta a aproximadamente 10 a 30 atmósferas. Bajo una presión osmótica tan alta, una gran cantidad de moléculas de agua del microorganismo penetran en la solución extracelular, causando deshidratación y plasmólisis celular, y en casos graves, la muerte del microorganismo. En la vida cotidiana, la gente utiliza la sal (cloruro de sodio) para encurtir verduras y pescado, esterilizar y conservar alimentos, lo cual es una aplicación de este principio.
Los datos de la experiencia en ingeniería muestran que cuando la concentración de iones cloruro en las aguas residuales es superior a 2000 mg/L, la actividad de los microorganismos se inhibe y la tasa de eliminación de DQO disminuye significativamente; cuando la concentración de iones cloruro en las aguas residuales es superior a 8000 mg/L, provoca la expansión del volumen de lodos, la aparición de una gran cantidad de espuma en la superficie del agua y la muerte progresiva de los microorganismos.
Sin embargo, tras un periodo prolongado de domesticación, los microorganismos se adaptan gradualmente al crecimiento y la reproducción en agua salada de alta concentración. Actualmente, se han domesticado microorganismos capaces de adaptarse a concentraciones de iones cloruro o sulfato superiores a 10 000 mg/L. No obstante, el principio de presión osmótica indica que la concentración de sal en el fluido celular de los microorganismos adaptados al crecimiento y la reproducción en agua salada de alta concentración es muy elevada. Si la concentración de sal en las aguas residuales es baja o muy baja, una gran cantidad de moléculas de agua penetrará en los microorganismos, provocando que las células microbianas se hinchen y, en casos graves, se rompan y mueran. Por lo tanto, los microorganismos domesticados durante mucho tiempo y que se adaptan gradualmente al crecimiento y la reproducción en agua salada de alta concentración requieren que la concentración de sal en el afluente bioquímico se mantenga siempre en un nivel relativamente alto y que no fluctúe, ya que de lo contrario los microorganismos morirán en grandes cantidades.
Fecha de publicación: 28 de febrero de 2025