まず浸透圧の実験について説明します。半透膜を使用して、濃度の異なる2つの食塩水を分離します。低濃度の食塩水の水分子は半透膜を通過して高濃度の食塩水に入り、高濃度の食塩水の水分子も半透膜を通過して低濃度の食塩水に入りますが、その数が少ないため、高濃度の食塩水側の液面が上昇します。両側の液面の高さの差が十分な圧力を生み出し、水が再び流れなくなると、浸透は停止します。このとき、両側の液面の高さの差によって発生する圧力が浸透圧です。一般的に、食塩濃度が高いほど、浸透圧は大きくなります。
塩水溶液中の微生物の状況は、浸透圧実験に似ています。微生物の単位構造は細胞であり、細胞壁は半透膜に相当します。塩化物イオン濃度が2000mg/L以下の場合、細胞壁が耐えられる浸透圧は0.5～1.0気圧です。細胞壁と細胞膜がある程度強靭性と弾力性を持っていても、細胞壁が耐えられる浸透圧は5～6気圧を超えることはありません。しかし、水溶液中の塩化物イオン濃度が5000mg/Lを超えると、浸透圧は約10～30気圧にまで上昇します。このような高浸透圧下では、微生物内の大量の水分子が体外溶液に浸透し、細胞の脱水や原形質分離を引き起こし、ひどい場合には微生物が死滅します。日常生活では、野菜や魚を漬けたり、食品を殺菌・保存したりするために塩（塩化ナトリウム）が使用されていますが、これはこの原理を応用したものです。
工学経験データによれば、廃水中の塩化物イオン濃度が2000mg/Lを超えると、微生物の活動が抑制され、COD除去率が大幅に低下します。また、廃水中の塩化物イオン濃度が8000mg/Lを超えると、汚泥の体積が膨張し、水面に大量の泡が発生し、微生物が次々と死滅します。
しかし、微生物は長期にわたる培養を経て、徐々に高濃度塩水中での生育と繁殖に適応していきます。現在、10000mg/Lを超える塩化物イオンや硫酸塩濃度に適応できる微生物を培養している人もいます。しかし、浸透圧の原理から、高濃度塩水中での生育と繁殖に適応した微生物の細胞液の塩分濃度は非常に高くなります。廃水中の塩分濃度が低すぎる、あるいは非常に低すぎると、廃水中の大量の水分子が微生物に浸透し、微生物細胞を膨張させ、ひどい場合には破裂して死滅させます。そのため、長期にわたって培養され、徐々に高濃度塩水中での生育と繁殖に適応できる微生物は、生化学流入液中の塩分濃度を常に一定に保ち、変動させないことが求められます。さもなければ、微生物は大量に死滅してしまいます。
投稿日時: 2025年2月28日