먼저 삼투압 실험을 설명하겠습니다. 반투과막을 사용하여 농도가 다른 두 소금 용액을 분리합니다. 저농도 소금 용액의 물 분자는 반투과막을 통과하여 고농도 소금 용액으로 들어가고, 고농도 소금 용액의 물 분자도 반투과막을 통과하여 저농도 소금 용액으로 들어가지만, 그 수가 적기 때문에 고농도 소금 용액 쪽의 액체 수위가 상승합니다. 양쪽 액체 수위의 높이 차이가 물이 다시 흐르지 않을 만큼 충분한 압력을 생성하면 삼투가 멈춥니다. 이때 양쪽 액체 수위의 높이 차이에 의해 생성되는 압력이 삼투압입니다. 일반적으로 소금 농도가 높을수록 삼투압이 커집니다.
염수 용액 속 미생물의 상황은 삼투압 실험과 유사합니다. 미생물의 단위 구조는 세포이며, 세포벽은 반투과막에 해당합니다. 염소 이온 농도가 2000mg/L 이하일 때 세포벽이 견딜 수 있는 삼투압은 0.5~1.0 기압입니다. 세포벽과 세포질막이 어느 정도 강인하고 탄성이 있더라도 세포벽이 견딜 수 있는 삼투압은 5~6 기압을 넘지 않습니다. 그러나 수용액 속 염소 이온 농도가 5000mg/L를 초과하면 삼투압은 약 10~30 기압으로 증가합니다. 이처럼 높은 삼투압 하에서 미생물 내의 많은 물 분자가 체외 용액으로 침투하여 세포 탈수와 원형질 분해를 유발하고, 심한 경우 미생물이 사멸합니다. 일상생활에서 사람들은 소금(염화나트륨)을 이용해 야채와 생선을 절이고, 음식을 살균하고 보존하는데, 이것이 바로 이 원리를 응용한 것입니다.
공학적 경험자료에 따르면 폐수 중 염소이온 농도가 2000mg/L 이상이 되면 미생물의 활동이 저해되어 COD 제거율이 현저히 떨어지고, 폐수 중 염소이온 농도가 8000mg/L 이상이 되면 슬러지 부피가 팽창하여 수면에 거품이 대량으로 발생하고 미생물이 잇따라 죽는다.
그러나 장기간 순화 과정을 거치면 미생물은 점차 고농도 염수에서 생장하고 번식하는 데 적응하게 됩니다. 현재 일부 사람들은 10000mg/L 이상의 염화물 이온이나 황산염 농도에 적응할 수 있는 미생물을 순화했습니다. 그러나 삼투압 원리에 따르면 고농도 염수에서 생장하고 번식하는 데 적응한 미생물의 세포액의 염 농도는 매우 높습니다. 폐수의 염 농도가 낮거나 매우 낮아지면 폐수에 있는 많은 물 분자가 미생물 내부로 침투하여 미생물 세포가 부풀어 오르고, 심한 경우 파열되어 죽게 됩니다. 따라서 장기간 순화 과정을 거치고 고농도 염수에서 생장하고 번식하는 데 점차 적응할 수 있는 미생물은 생화학적 유입수의 염 농도를 항상 상당히 높은 수준으로 유지하고 변동이 없어야 합니다. 그렇지 않으면 미생물이 대량으로 죽게 됩니다.
게시 시간: 2025년 2월 28일