Beschreiben wir zunächst ein Experiment zum osmotischen Druck: Trennen Sie zwei Salzlösungen unterschiedlicher Konzentration mithilfe einer semipermeablen Membran. Die Wassermoleküle der niedrig konzentrierten Salzlösung gelangen durch die semipermeable Membran in die hoch konzentrierte Salzlösung. Die Wassermoleküle der hoch konzentrierten Salzlösung gelangen ebenfalls durch die semipermeable Membran in die niedrig konzentrierte Salzlösung, allerdings in geringerer Zahl. Daher steigt der Flüssigkeitsspiegel auf der Seite der hoch konzentrierten Salzlösung. Wenn der Höhenunterschied der Flüssigkeitsspiegel auf beiden Seiten einen ausreichend hohen Druck erzeugt, um ein erneutes Fließen des Wassers zu verhindern, stoppt die Osmose. Der durch den Höhenunterschied der Flüssigkeitsspiegel auf beiden Seiten erzeugte Druck ist der osmotische Druck. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Salzkonzentration, desto höher der osmotische Druck.
Die Situation von Mikroorganismen in Salzwasserlösungen ähnelt dem Experiment zum osmotischen Druck. Die Grundstruktur von Mikroorganismen sind Zellen, und die Zellwand entspricht einer semipermeablen Membran. Bei einer Chloridionenkonzentration von höchstens 2000 mg/l hält die Zellwand einem osmotischen Druck von 0,5–1,0 Atmosphären stand. Selbst wenn Zellwand und Zytoplasmamembran eine gewisse Zähigkeit und Elastizität aufweisen, übersteigt der osmotische Druck, dem die Zellwand standhalten kann, nicht 5–6 Atmosphären. Liegt die Chloridionenkonzentration in der wässrigen Lösung jedoch über 5000 mg/l, steigt der osmotische Druck auf etwa 10–30 Atmosphären. Bei einem derart hohen osmotischen Druck dringen große Mengen der Wassermoleküle des Mikroorganismus in die extrakorporale Lösung ein, was zu Zelldehydration und Plasmolyse führt und in schweren Fällen zum Absterben des Mikroorganismus führt. Im täglichen Leben verwenden die Menschen Salz (Natriumchlorid) zum Einlegen von Gemüse und Fisch sowie zum Sterilisieren und Konservieren von Lebensmitteln. Dies ist die Anwendung dieses Prinzips.
Technische Erfahrungswerte zeigen, dass bei einer Chloridionenkonzentration im Abwasser von über 2000 mg/l die Aktivität von Mikroorganismen gehemmt wird und die CSB-Entfernungsrate 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 einer nach dem anderen ab.
Nach langfristiger Domestizierung gewöhnen sich Mikroorganismen jedoch allmählich an das Wachstum und die Vermehrung in hochkonzentriertem Salzwasser. Mittlerweile gibt es Mikroorganismen, die sich an Chloridionen- oder Sulfatkonzentrationen von über 10.000 mg/l anpassen können. Das Prinzip des osmotischen Drucks besagt jedoch, dass die Salzkonzentration in der Zellflüssigkeit von Mikroorganismen, die sich an das Wachstum und die Vermehrung in hochkonzentriertem Salzwasser angepasst haben, sehr hoch ist. Sobald die Salzkonzentration im Abwasser niedrig oder sehr niedrig ist, dringen viele Wassermoleküle aus dem Abwasser in die Mikroorganismen ein, wodurch die mikrobiellen Zellen anschwellen und in schweren Fällen platzen und absterben. Mikroorganismen, die über einen langen Zeitraum domestiziert wurden und sich allmählich an das Wachstum und die Vermehrung in hochkonzentriertem Salzwasser anpassen können, erfordern daher, dass die Salzkonzentration im biochemischen Zulauf immer auf einem relativ hohen Niveau gehalten wird und nicht schwanken darf, da die Mikroorganismen sonst in großer Zahl absterben.
Veröffentlichungszeit: 28. Februar 2025