먼저 삼투압 실험을 설명해 보겠습니다. 반투막을 이용하여 농도가 다른 두 소금 용액을 분리합니다. 저농도 소금 용액의 물 분자는 반투막을 통과하여 고농도 소금 용액으로 이동하고, 고농도 소금 용액의 물 분자 또한 반투막을 통과하여 저농도 소금 용액으로 이동합니다. 하지만 그 수가 더 적기 때문에 고농도 소금 용액 쪽의 수위가 올라갑니다. 양쪽 수위의 차이가 물의 흐름을 막을 만큼 충분한 압력을 발생시키면 삼투 현상이 멈춥니다. 이때 양쪽 수위 차이에 의해 발생하는 압력이 바로 삼투압입니다. 일반적으로 소금 농도가 높을수록 삼투압은 커집니다.
염수 용액 속 미생물의 상황은 삼투압 실험과 유사합니다. 미생물의 단위 구조는 세포이며, 세포벽은 반투막과 같은 역할을 합니다. 염화이온 농도가 2000mg/L 이하일 때, 세포벽이 견딜 수 있는 삼투압은 0.5~1.0기압입니다. 세포벽과 세포질막이 어느 정도의 강도와 탄성을 가지고 있다 하더라도, 세포벽이 견딜 수 있는 삼투압은 5~6기압을 넘지 못합니다. 그러나 수용액의 염화이온 농도가 5000mg/L를 초과하면 삼투압은 약 10~30기압까지 증가합니다. 이처럼 높은 삼투압 하에서 미생물 내의 다량의 수분 분자가 세포 외부 용액으로 빠져나가 세포 탈수와 원형질 분리를 일으키고, 심한 경우 미생물이 사멸하게 됩니다. 일상생활에서 사람들은 소금(염화나트륨)을 사용하여 채소와 생선을 절이고, 음식을 살균하고 보존하는데, 이것이 바로 이 원리의 응용입니다.
실제 엔지니어링 경험 데이터에 따르면 폐수 내 염화이온 농도가 2000mg/L를 초과하면 미생물 활동이 억제되어 COD 제거율이 크게 감소하고, 8000mg/L를 초과하면 슬러지 부피가 팽창하고 수면에 다량의 거품이 발생하며 미생물이 차례로 사멸하는 것으로 나타났습니다.
하지만 장기간 배양을 거치면 미생물은 점차 고농도 염수에서 생장하고 번식하는 데 적응하게 됩니다. 현재 일부 연구자들은 염화이온이나 황산염 농도가 10,000mg/L 이상인 환경에서도 적응할 수 있는 미생물을 배양하는 데 성공했습니다. 그러나 삼투압의 원리에 따르면 고농도 염수에서 생장하고 번식하는 데 적응한 미생물의 세포액 내 염분 농도는 매우 높습니다. 폐수 내 염분 농도가 낮거나 매우 낮아지면 폐수 속의 많은 물 분자가 미생물 내부로 침투하여 미생물 세포를 팽창시키고, 심한 경우 파열시켜 죽게 됩니다. 따라서 장기간 배양을 통해 고농도 염수에서 생장하고 번식하는 데 적응한 미생물은 생화학적 유입수의 염분 농도를 항상 상당히 높은 수준으로 유지해야 하며, 그 농도가 변동해서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 미생물이 대량으로 사멸하게 됩니다.
게시 시간: 2025년 2월 28일