まず、浸透圧の実験について説明します。濃度が異なる2種類の塩溶液を半透膜で隔てます。低濃度の塩溶液の水分子は半透膜を通過して高濃度の塩溶液に入り、高濃度の塩溶液の水分子も半透膜を通過して低濃度の塩溶液に入りますが、その数は少ないため、高濃度の塩溶液側の液面が上昇します。両側の液面の高さの差が、水が再び流れ出すのを防ぐのに十分な圧力を生み出すと、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生じる圧力が浸透圧です。一般的に、塩濃度が高いほど浸透圧も大きくなります。
塩水溶液中の微生物の状況は、浸透圧実験と類似しています。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。細胞壁と細胞質膜にある程度の靭性と弾力性があったとしても、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気圧まで上昇します。このような高い浸透圧下では、微生物内の大量の水分子が体外溶液に浸透し、細胞の脱水と原形質分離を引き起こし、重症の場合は微生物は死に至ります。日常生活において、人々は野菜や魚の漬物、食品の殺菌・保存に塩（塩化ナトリウム）を使用するが、これはこの原理の応用例である。
工学的な経験データによると、廃水中の塩化物イオン濃度が2000mg/Lを超えると、微生物の活動が阻害され、COD除去率が著しく低下します。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、長期間の飼育を経て、微生物は徐々に高濃度の塩水での生育と繁殖に適応していきます。現在では、塩化物イオンや硫酸イオン濃度が10000mg/Lを超える環境にも適応できる微生物を飼育している人もいます。しかし、浸透圧の原理によれば、高濃度の塩水での生育と繁殖に適応した微生物の細胞液の塩濃度は非常に高くなります。廃水中の塩濃度が低い、あるいは非常に低い場合、廃水中の大量の水分子が微生物に浸透し、微生物細胞が膨張し、ひどい場合には破裂して死に至ります。したがって、長期間飼育され、高濃度の塩水での生育と繁殖に徐々に適応できるようになった微生物は、生化学的な流入水の塩濃度を常にかなり高いレベルに保ち、変動させないようにする必要があります。さもなければ、微生物は大量に死滅してしまうでしょう。
投稿日時：2025年2月28日