उच्च सांद्रता वाले खारे अपशिष्ट जल का सूक्ष्मजीवों पर विशेष रूप से बड़ा प्रभाव क्यों पड़ता है?

आइए सबसे पहले एक परासरण दाब प्रयोग को समझते हैं: दो अलग-अलग सांद्रता वाले नमक के विलयनों को एक अर्धपारगम्य झिल्ली से अलग करें। कम सांद्रता वाले नमक के विलयन के जल अणु अर्धपारगम्य झिल्ली से होकर अधिक सांद्रता वाले नमक के विलयन में चले जाएंगे, और अधिक सांद्रता वाले नमक के विलयन के जल अणु भी अर्धपारगम्य झिल्ली से होकर कम सांद्रता वाले नमक के विलयन में चले जाएंगे, लेकिन उनकी संख्या कम होगी, इसलिए अधिक सांद्रता वाले नमक के विलयन की ओर द्रव का स्तर बढ़ जाएगा। जब दोनों ओर द्रव के स्तरों की ऊँचाई में अंतर इतना दाब उत्पन्न कर दे कि जल का प्रवाह रुक जाए, तो परासरण रुक जाएगा। इस समय, दोनों ओर द्रव के स्तरों की ऊँचाई में अंतर से उत्पन्न दाब ही परासरण दाब कहलाता है। सामान्यतः, नमक की सांद्रता जितनी अधिक होगी, परासरण दाब उतना ही अधिक होगा।

खारे पानी के विलयनों में सूक्ष्मजीवों की स्थिति परासरण दाब प्रयोग के समान है। सूक्ष्मजीवों की इकाई संरचना कोशिकाएँ होती हैं, और कोशिका भित्ति एक अर्धपारगम्य झिल्ली के समान होती है। जब क्लोराइड आयन की सांद्रता 2000 मिलीग्राम/लीटर से कम या उसके बराबर होती है, तो कोशिका भित्ति द्वारा सहन किया जा सकने वाला परासरण दाब 0.5-1.0 वायुमंडलीय दाब होता है। कोशिका भित्ति और कोशिका प्लाज्मिक झिल्ली में एक निश्चित कठोरता और लोच होने पर भी, कोशिका भित्ति द्वारा सहन किया जा सकने वाला परासरण दाब 5-6 वायुमंडलीय दाब से अधिक नहीं होगा। हालांकि, जब जलीय विलयन में क्लोराइड आयन की सांद्रता 5000 मिलीग्राम/लीटर से अधिक हो जाती है, तो परासरण दाब लगभग 10-30 वायुमंडलीय दाब तक बढ़ जाता है। इतने उच्च परासरण दाब के कारण, सूक्ष्मजीव में मौजूद बड़ी मात्रा में जल अणु बाह्य विलयन में प्रवेश कर जाते हैं, जिससे कोशिका निर्जलीकरण और प्लाज्मोलाइसिस होता है, और गंभीर मामलों में, सूक्ष्मजीव की मृत्यु हो जाती है। दैनिक जीवन में लोग सब्जियों और मछली को अचार बनाने, भोजन को कीटाणुरहित करने और संरक्षित करने के लिए नमक (सोडियम क्लोराइड) का उपयोग करते हैं, जो इस सिद्धांत का अनुप्रयोग है।

इंजीनियरिंग अनुभव के आंकड़ों से पता चलता है कि जब अपशिष्ट जल में क्लोराइड आयन की सांद्रता 2000 मिलीग्राम/लीटर से अधिक होती है, तो सूक्ष्मजीवों की गतिविधि बाधित हो जाती है और सीओडी निष्कासन दर में उल्लेखनीय गिरावट आती है; जब अपशिष्ट जल में क्लोराइड आयन की सांद्रता 8000 मिलीग्राम/लीटर से अधिक होती है, तो इससे कीचड़ का आयतन बढ़ जाता है, पानी की सतह पर बड़ी मात्रा में झाग दिखाई देता है, और सूक्ष्मजीव एक-एक करके मरने लगते हैं।

हालांकि, लंबे समय तक पालतू बनाए जाने के बाद, सूक्ष्मजीव धीरे-धीरे उच्च सांद्रता वाले खारे पानी में बढ़ने और प्रजनन करने के लिए अनुकूलित हो जाते हैं। वर्तमान में, कुछ लोगों ने ऐसे सूक्ष्मजीवों को पालतू बना लिया है जो 10000 मिलीग्राम/लीटर से अधिक क्लोराइड आयन या सल्फेट सांद्रता में भी अनुकूलित हो सकते हैं। हालांकि, परासरण दाब का सिद्धांत बताता है कि उच्च सांद्रता वाले खारे पानी में बढ़ने और प्रजनन करने के लिए अनुकूलित सूक्ष्मजीवों के कोशिका द्रव में नमक की सांद्रता बहुत अधिक होती है। अपशिष्ट जल में नमक की सांद्रता कम या बहुत कम होने पर, अपशिष्ट जल में मौजूद बड़ी संख्या में जल अणु सूक्ष्मजीवों में प्रवेश कर जाते हैं, जिससे सूक्ष्मजीव कोशिकाएं फूल जाती हैं और गंभीर मामलों में फट कर मर जाती हैं। इसलिए, लंबे समय तक पालतू बनाए गए और उच्च सांद्रता वाले खारे पानी में बढ़ने और प्रजनन करने के लिए धीरे-धीरे अनुकूलित हो सकने वाले सूक्ष्मजीवों के लिए यह आवश्यक है कि जैव रासायनिक प्रवाह में नमक की सांद्रता हमेशा काफी उच्च स्तर पर बनी रहे और उसमें उतार-चढ़ाव न हो, अन्यथा बड़ी संख्या में सूक्ष्मजीव मर जाएंगे।