Zunächst beschreiben wir ein Experiment zum osmotischen Druck: Mithilfe einer semipermeablen Membran werden zwei Salzlösungen unterschiedlicher Konzentration getrennt. Wassermoleküle der niedrigeren Salzkonzentration diffundieren durch die Membran in die höhere Salzkonzentration, und umgekehrt diffundieren auch Wassermoleküle der höheren Salzkonzentration in die niedrigere, jedoch in geringerer Anzahl. Dadurch steigt der Flüssigkeitsspiegel auf der Seite der höheren Salzkonzentration. Sobald der Druckunterschied zwischen den Flüssigkeitsspiegeln auf beiden Seiten ausreicht, um einen weiteren Wasserfluss zu verhindern, stoppt die Osmose. Der so entstehende Druckunterschied ist der osmotische Druck. Generell gilt: Je höher die Salzkonzentration, desto größer der osmotische Druck.
Die Situation von Mikroorganismen in Salzwasserlösungen ähnelt dem osmotischen Druckexperiment. Mikroorganismen bestehen aus Zellen, deren Zellwand einer semipermeablen Membran entspricht. Bei einer Chloridionenkonzentration von maximal 2000 mg/L beträgt der osmotische Druck, dem die Zellwand standhalten kann, 0,5–1,0 Atmosphären. Selbst bei einer gewissen Festigkeit und Elastizität der Zellwand und der Zytoplasmamembran übersteigt der osmotische Druck, dem die Zellwand standhalten kann, nicht 5–6 Atmosphären. Steigt die Chloridionenkonzentration in der wässrigen Lösung jedoch über 5000 mg/L, erhöht sich der osmotische Druck auf etwa 10–30 Atmosphären. Unter diesem hohen osmotischen Druck diffundiert eine große Menge Wassermoleküle aus den Mikroorganismen in die extrakorporale Lösung, was zu Zelldehydratation und Plasmolyse führt und im schlimmsten Fall zum Absterben der Mikroorganismen. Im Alltag verwenden die Menschen Salz (Natriumchlorid) zum Einlegen von Gemüse und Fisch, zum Sterilisieren und Konservieren von Lebensmitteln, was eine Anwendung dieses Prinzips darstellt.
Erfahrungswerte aus der Ingenieurpraxis zeigen, dass bei einer Chloridionenkonzentration im Abwasser von über 2000 mg/L die Aktivität der Mikroorganismen gehemmt wird und die CSB-Abbaurate deutlich sinkt; bei einer Chloridionenkonzentration im Abwasser von über 8000 mg/L dehnt sich das Schlammvolumen aus, es bildet sich viel Schaum auf der Wasseroberfläche, und die Mikroorganismen sterben nacheinander ab.
Nach einer längeren Domestizierung passen sich Mikroorganismen allmählich an das Wachstum und die Vermehrung in hochkonzentriertem Salzwasser an. Mittlerweile gibt es einige Mikroorganismen, die Chlorid- oder Sulfatkonzentrationen von über 10.000 mg/L tolerieren. Das Prinzip des osmotischen Drucks besagt jedoch, dass die Salzkonzentration in der Zellflüssigkeit dieser angepassten Mikroorganismen sehr hoch ist. Sinkt die Salzkonzentration im Abwasser oder sinkt sie stark ab, dringen zahlreiche Wassermoleküle in die Mikroorganismen ein, was zum Anschwellen der Zellen und im schlimmsten Fall zum Platzen und Absterben führt. Daher benötigen diese Mikroorganismen, die sich über einen längeren Zeitraum domestiziert haben und sich an hochkonzentriertes Salzwasser anpassen können, eine stets relativ hohe Salzkonzentration im Zulauf. Diese darf nicht schwanken, da die Mikroorganismen sonst massenhaft absterben.
Veröffentlichungsdatum: 28. Februar 2025