E-DERGİ
Su ve Çevre Teknolojileri 113.Sayı

 


E-Dergi Oku 

ANADOLU FLYGT
TEKNİK ARITMA
GRUNDFOS
ABB
DANFOSS TÜRKİYE

Çevre Sorunlarının Çözümünde Yer Alan Mikroorganizmalar

Çevre Sorunlarının Çözümünde Yer Alan Mikroorganizmalar

21 Aralık 2017 Perşembe / 11:10 | MAKALE

Prof. Dr. Gülerman Sürücü
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi,
Çevre Mühendisliği Bölümü

GİRİŞ

Atık maddelerin arıtılmaları için biyolojik arıtma teknikleri en çok başvurulan proseslerdir. Başta sıvı artıkların arıtılması için kullanılan biyolojik sistemlerde olmak üzere katı atıkların kompost yapılarak bertarafında, kömürün ve diğer fosil yakıtların içindeki kükürtün yakılmadan önce azaltılarak hava kirliliğinin önlenmesi gibi çevre kirlenmesini önleyici birçok mühendislik uygulamalarında mikrobiyoloji ve mikroorganizmalardan çok geniş oranda yararlanılmaktadır.

Konunun disiplinlerearası olması, bir hayli geniş olması ve mikroorganizmaların çevre sorunlarının çözümünde çok yaygın olarak kullanılması sebebiyle, burada yalnız en belli başlı çevre sorunları ve bunların çözümünde kullanılan mikroorganizmalardan bahsedilecektir.

SIVI ATIKLARIN BİYOLOJİK OLARAK ARITILMASI

Biyolojik arıtma, yaklaşık bir asrı aşan bir süreden beri atıksuların arıtılması ve bertaraf edilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Konvansiyonel biyolojik arıtma tesislerinde organik maddeler mikroorganizmalar yardımıyla oksitlenerek mineral formlarına çevrilirler. Örneğin organik karbon, karbondiokside; azot, nitrata; kükürt, sülfata; fosfor, fosfota çevrilir. Bu minerallerin bir bölümü de oluşan bakteri hücreleri yapısında yerlerini alırlar. Dolayısıyla atıksularda bulunan ve çevre kirliliğine neden olan çözünmüş organik maddeler kısmen mikroorganizma lar tarafından oksitlenerek ve kısmen de oluşan mikroorganizma yapısına girerek, daha sonra da bu mikroorganizmaların sudan ayrılması ile arıtılmış olurlar. Oluşan mikroorganizmalarda bulunan organik karbon da, anaerobik sistemde mikrobiyolojik olarak metan gazına çevrilir.

Organik maddelerin biyolojik olarak dekompoze edilmeleri, serbest oksijenin bulunduğu bir ortamda (aerobik) veya ortamda serbest oksijen olmaksızın (anaerobik) olarak gerçekleşebilir. Dolayısıyla biyolojik arıtma sistemleri aerobik ve anaerobik olmak üzere iki gruba ayrılırlar. Her grupta, mikroorganizma kültürünün asılı veya yapışık oluşuna göre değişik prosesler geliştirilmiştir. Gene bu prosesler ayrı ayrı termofil veya mezofil olabilirler. Bu itibarla biyolojik atıksu arıtma sistemleri çok değişik türde olabilmektedir.

Uygulamada, biyolojik olarak parçalanabilen organik maddelerin arıtılmaları için aerobik, mezofilik sistemler çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Genellikle anaerobik sistemler, yavaş kinetikleri sebebiyle daha az başvurulan sistemler olup, daha ziyade konsantre ve aerobik olarak parçalanması zor organik maddelerin ayrıştırılması gerektiğinde tatbik edilmektedirler.

Termofilik sistemler ise hızlı kinetiklerine rağmen, yumaklaşma ve çökelemede çıkabilen zorluklar nedeniyle yaygın değillerdir.

Her tip biyolojik arıtma sistemleri içindeki mikroorganizma türleri farklı olduğundan, en yaygın kullanılan biyolojik sistemlerden başlayarak diğer önemli sistemlerdeki belli başlı mikroorganizma türlerini şu şekilde özetlemek mümkündür.

Aktif Çamur Sistemi Mikroorganizmaları

Aktif çamur sistemi en yaygın olarak kullanılan biyolojik atıksu arıtma prosesidir. Sistem olarak, aerobik, mezofilik ve asılı kültür esasına dayanmaktadır. İçinde çok değişik türde mikroorganizmalar bulunmaktadır. Organik madde cinsine, konsantrasyonuna ve diğer çevre faktörlerine (pH, sıcaklık, oksijen konsantrasyonu, toksik madde vs.) bağlı olarak aktif çamur içindeki mikroorganizma türleri de değişmektedir. Aktif çamur içinde bakteri, fungus (mantar), protozoa ve bazen nematod gibi türler çok yaygın olarak bulunan belli başlı mikroorganizmalardır.

Bakteriler aktif çamur içindeki en önemli mikroorganizma grubunu teşkil ederler. Çünkü atıksuda bulunan organik maddelerin stabilizasyonundan ve biyolojik yumaklaşmadan çok büyük oranda bu organizmalar sorumludurlar. Organik madde cinsi ve konsantrasyonu ve diğer çevre faktörleri, sistemde en fazla bulunacak bakteri türlerini belirler. Protein ağırlıklı organik madde ortamında daha ziyade Alcaligenes, Flavobacterium ve Bacillus gibi türler ön sırayı almaktadır. Karbohidrat ve hidrokarbon atıkları ise yukarıdakilerle birlikte Pseudomonas, Arthrobacter türlerinin de aktif çamur içinde yer almasına neden olur. Zoogloca ramigera ve Acinetobacter, Nitrosamonas, Nitrobacter, Cytophaga ve diğer bütün bakteri türleri az veya çok sayıda aktif çamur yumağında yer alabilir (1-3).

Fungus mikroorganizmalar genellikle aktif çamurda arzu edilmezler. Buna ragmen bazı durumlarda aktif çamur içinde bulunabilirler. Yüksek konsantrasyonda karbonhidratlar, düşük pH ve besi maddeleri eksiklikleri sistemde fungus çoğalmasına neden olmaktadır. Birçok fungus türünden flamentli olanları, bilhassa aktif çamurun iyi yumaklaşmamasına ve çökelmesine neden olurlar. Bazı endüstri atıklarında üreyebilen flamentli olmayan fungur türü, Fusarium, aktif çamurun çökelmesine mani olan bir durum ortaya çıkarmaz. 

Aktif çamurda bulunan fungus türlerini belirlemeye yönelik çalışmalara literatürde çok rastlanmamıştır. Aktif çamur sisteminde bulunan protozoa’lar, organik madde stabilizasyonunu doğrudan etkilemez. Zira sistemde organik madde konsantrasyonu, protozoa üremesi için yeterli değildir. Protozoa’lar genelde bakterlerle beslenirler. Aspidisca costata, Vorticella convallaria, Trachelophyllum pusillum ve Philodia, aktif çamurda bulunan belli başlı protozoa türleridir. Vorticella ve Stylonichia genellikle iyi çalışan bir aktif çamur sisteminin göstergesi olarak kabul edilirler. 

Bütün bu mikroorganizmalar mezofilik, aerobik asılı kültür havalandırmalı sistemlerde bulunabilir. Yalnız oksidasyon havuzlarında algler de önemli rol oynarlar (4, 5).

Oksidasyon Havuzları Mikroorganizmaları

Oksidasyon havuzları, atıksuların bir noktadan girip arıtılmış suyun diğer uçtan alındığı, büyük sığ lagunlardır. Derinlik 1-1,2 metreyi geçmez. İsminden de anlaşılacağı gibi oksidasyon havuzları genelde aerobik sistemlerdir. Fakültatif ve Anaerobik olanları da vardır. Bu sistemlerde, algler diğer mikroorganizmalarla birlikte simbiotik bir uyum içindedirler. Atıksuda bulunan organik madde stabilizasyonundan, genelde sistemde bulunan bakteriler sorumludurlar. Bu bakteriler anerobik şartlarda organik asitler, aerobik şartlarda ise CO2 ve su üretirler. Bu itibarla sistem sürekli olarak aerobik tutulmaya çalışılır. Sistemin aerobik tutulması, sistemde bulunan algler ile birlikte yüzeysel oksijen transferi tarafından sağlanır. Algler güneş enerjisini kullanarak fotosentez yoluyla sisteme oksijen verirler (1). 

Oksidasyon havuzlarındaki mikroorganizmalar genellikle diğer sistemlerdekilere benzemekle birlikte, bakteriler ve algler ön sırayı almaktadırlar. Protozoa ve Rotifer’ler de sistemde bulunur. Sistemde hakim bakteri türlerinden Pseudomonas, Flovobacterium ve alcaligenes başta gelmektedir. Coliform bakterileri oksidasyon havuzlarında çok çabuk yok olmaktadırlar. Bunu, kesin olmamakla beraber, alglerin çıkardığı antibiyotiklere bağlayan araştırmacılar vardır (6, 7).

Hakim alg türleri sistemde bulunan besi maddeleri cinsine ve konsantrasyonuna bağlı olmakla birlikte, Euglena ve Chlorella gibi phytoflagella’lılar genelde en sık rastlanan alglerdir. Besi maddeleri seviyesi düşük olduğu durumlarda yeşil algler sisteme hakimdirler. Shirogya, Vaucheria ve Ulothrix bu yeşil alglerin önde gelen türlerindendir (7, 8).

Protozoaların da genel besi maddesi durumuna göre hakim türleri değişiklik gösterir. Organik madde konsantrasyonunun fazla olduğu sistem girişlerinde protozba Chilamonas hakimdir (8). Fakat bunlar süratle yerlerini serbest yüzücü Calpidium, Paramecium, Glaucoma ve Euplotes gibi organizmalara bırakırlar. Bu konumlarda sıkça Vorticella ve Epistylis de görülmektedir. Besin seviyesinin düşük ve oksijen seviyesinin yüksek olduğu oksidasyon havuzlarının çıkış bölümlerinde ise Daphnia ve Rotaria gibi daha yüksek organizmalar, suyundaki organik maddelerin stabilizasyonundan ziyade bakteri ve alglerin sebep oduğu bulanıklığın berraklaştırılmasına yardımcı olurlar (8, 9).

Aerobik, Mezofilik Yapışık Kültür Sistemlerinde Bulunan Mikroorganizmalar

Bu tür sistemlere damlatmalı filtreler, biyoljik filtreler ve dönen biyolojik disk reaktörler misal olarak verilebilir. Bu sistemler, temiz su arıtılmasında kullanılan kum filtrelerinden esinlenerek ortaya atılmışlardır. İlk uygulama olan ilk damlatmalı filtrenin yapılışından beri yaklaşık 70 sene geçmiştir. Bu süre içinde bu tür sistemlerde görülen birçok değişikliklere rağmen genel prensipler ve sistemdeki mikroorganizma türleri bakımından değişen pek fazla bir şey yoktur (10). Bu sistemde mikroorganizmalar, bir yüzeye yapışarak bir biyolojik film oluştururlar. Atıksuda bulunan organik maddeler, bu katman tarafından önce adsorbe edilip, sonra da parçalanırlar. Sistemin genelde aerobik olarak kabul edilmesine rağmen, sistemde tam olarak (% 100) aerobik durum mevcut değildir. Bu itibarla sistemin fakültatif bir sistem olduğunun belirtilmesi daha uygundur. Zira mikrobial katman kalınlığı mikroorganizma üremesiyle artar, oksijen transferinin dibe kadar inmemesi dolayısıyla katmanın yapıştığı yüzeye yakın olar yerlerde anaerobik bir tabaka meydana gelir. Bu
anaerobik tabaka da katman üst seviyelerindeki aerobik tabaka gibi bu tür sistemlerin iyi çalışmasında gereklidir (11).

Sistemdeki mikroorganizma türleri de bu tür sistemlerin fakültatif özelliğinin kanıtını teşkil ederler. Hakim mikroorganizmalar aerobik, fakültatif anaerobik bakterilerdir. Biyolojik katmanın üst taraflarında aerobik bakterilerden Bacillus türleri hakim durumdadır. Sistem genelinde fakültatif organizmalar çoğunluktadır. Bunlar moleküler oksijenin mevcut olduğu zamanlarda aerobik olarak, oksijenin tükendiği zamanlarda ise anaerobik olarak yaşamlarını sürdürürler. Fakültatif bakterilerden Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterieum, Micrococcus ile Enterobacteriaceaefamilyasından türler bu tür sistemlerin hakim mikroorganizmalarıdır. Altta bulunan anaerobik tabakada ise genellikle Desulfovibrio türüne rastlanmaktadır (9, 12).

Yapışık kültür atıksu arıtma tesislerinin aerobik tabakalarında fungus’a da rastlanabilir. Ancak bunlar, besi maddesi için aerob bakterilerle rekabet edemeyeceklerinden ancak pH’ın çok düşük olduğu şartlarda ve bazı endüstri atıksularının arıtılması sırasında görülmektedirler. Ayrıca biyolojik katmanın üst seviyelerinde alg üremesine de rastlanmaktadır. Alg’ler inorganik ion’larla yaşamlarını idame ettirdiklerinden, atıksu organik maddelerinin stabilizasyonunda bir katkıları yoktur. Fakat damlatmalı filtrelerin tıkanması genellikle fazla alg üremesi neticesinde ortaya çıkmaktadır (13).

Protozoaların hemen bütün türleri bilhassa damlatmalı filtrelerde sıkça görülür. Phytomastigophora organik madde konsantrasyonunun yoğun olduğu üst tabakalarda, Ciliata hemen hemen bütün tabakalarda, Suctoria ise alt katmanlarda daha fazla görülmektedir (12).

Kurtçuk, solucancık ve böcek larvaları gibi yüksek organizmalar, biyolojik katmanın üstteki aerobik kısımlarında bulunan mikroorganizmaları tüketerek çoğalırlar. Dolayısıyla az da olsa sistem performansına katkıda bulunurlar (4, 14).

ATIK ORGANİK MADDELERİN ANAEROBİK PARÇALANMASI

Biyolojik atıksu arıtma tesislerinden elde edilen primer ve biyolojik çamurun parçalanmasında ayrıca derişik ve aerobik olarak parçalanması zor organik madde içeren atıksuların ön arıtmasında organik maddeler çok kere anaerobik parçalanma prosesinden geçirilirler (15).

Anaerobik parçalanmada ilk aşama, katı organik maddelerin, sistemdeki bakterilerin hücredışı enzim salgılarıyla hidrolize edilerek basit, çözülebilir organik maddeler haline getirilmeleridir. Bu esnada selüloz ve nişasta basit şekere, proteinler ise aminoasitlere dönüşürler. Sadece yağ asitleri, hücredışı enzimlerden etkilenmezler. Daha sonra, ikinci
aşamada, bakteriler çözünmüş organik maddeleri metabolize etmeye başlarlar. Bu aşamada organik maddeler 2 ve 3 karbonlu yağ asitlerine (asetik asit ve propionik asit) parçalanırlar, dolayısıyla sistemin pH’ı düşme eğilimi gösterir. pH’ın düşme eğilimi, üçüncü aşama olan, yağ asitlerinin CO2 ve CH4 (metan’a) dönüştürülmesi ile önlenir. Amino asitlerin metabolizması ile ortaya çıkan amonyak, bir kısım asidin nötrleştirilmesinde de ayrıca yardımcı olur (16, 17).

Anaerobik parçalanmada yer alan mikroorganizmalar genellikle oldukça özel bakterilerdir. Protozoalar ve funguslar aerobik mikroorganizma oldutkları için anaerobik sistemde bulunmazlar. Ancak bunların sporları, dayanıklı oldukları için bulunabilirler (17).

İki grup bakteri, anaerobik sistemde bulunur. Bunlar fakültatif bakteriler ve zorunlu anaerobik bakterilerdir. İkinci aşamada asit üreten bakteriler genellikle fakültatif bakterilerdir. Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes, Escherichia ve Aerobacter asit üretimine katkıda bulunurlar (16, 18).

Metan üreten bakteriler ise küçük ve özel bir grup anaerobik bakterilerdir. Methanobacterium, Methanosarcina, Methanococcus gibi türler bu gruptan ayrılmış zorunlu anaerob bakterilerdir.

Anaerobik sistemlerde diğer bir grup mikroorganizmaların da mevcudiyeti bazı şartlara bağlıdır. Desulfovibrio bu mikroorganizmalara misal olarak gösterilebilir. Bu mikroorganizmanın önemi, sistemdeki sülfat konsantrasyonu ile orantılıdır. Zira bu organizma, sülfatı hidrojen sülfüre indirgeyeek çok ciddi problemlerin oluşmasına neden olabilir. Evsel atıksu arıtılmasında ve oluşan çamurun anaerobik parçalanmasında bu problem genellikle ortaya çıkmasına rağmen bazı endüstri atıksuları için Desulfovibrio, atıksu kanallarının çürüyüp parçalanmasında önemli bir etkendir (18).

Çeşitli atıkların anaerobik mikroorganizmalarla arıtılması hakkında bir hayli literatür mevcuttur. Bunlardan ilaç endütrisi (19), kömür gazlaştırılması (20), deterjan endüstrisi (21), kağıt endüstrisi (16) atıksuları ve diğer konsantre atıksuların arıtılmasında ve biyolojik çamurların metabilizasyonunda anaerobik organizmalar ve bunların kullandığı sistemler çok önemli rol oynamışlardır (16).

REKALSİTRANT ORGANİK BİLEŞİKLER

Rekalsitrant maddeler, genelde mikrobiyolojik olarak kolaylıkla parçalanmayan organik bileşiklerdir. Teknolojide görülen büyük ilerlemeler, bilhassa su kütlelerini büyük baskı altında bırakan birçok yeni organik maddenin çevreye atılmalarını da beraberinde getirmiştir. Bu maddelerden olmak üzere sentetik kimya, plastik ve petrol hidrokarbonları endüstrileri yan ürünlerinden bazı organik bileşikler en başta sayılmalıdır. Bunun yanında zirai mücadele ilaçları da çok önemli bir yer işgal etmektedir. Milyonlarca ton pestisit, zirai verimi artırmak için tarlalara tatbik edilmektedir. Bu maddeler mikrobiyolojik olarak parçalanmamaları veya fevkalade zor parçalanabilmeleri yanı sıra bazıları
çok ciddi sağlık problemlerine neden olmaktadırlar. Diğer taraftan temizlik işlerinde son 20-25 yıldır sabunun yerini alan sert deterjanlar da mikrobiyolojik olarak parçalanmaları çok zor olduklarından önemli çevre problemleri yaratmaktaydı. Şimdi birçok ülkede olduğu gibi memleketimizde de mikrobiyolojik olarak kolay parçalanabilen yumuşak deterjanların kullanımı başlamıştır. 

Çok önemli çevre kirlenmesi problemine neden olan bazı zor parçalanan organik maddelerin yarattığı sorunlar, son zamanlarda bazı tür mikroorganizmalar yardımıyla giderilmeye başlanmıştır (22).

Petrol Hidrokarbonlarının Mikrobiyolojik Olarak Parçalanması

Ham petrol, birçok aromatik ve alifatik hidrokarbonların bir karışımıdır. Ham petrolün bir su kütlesine karışması halinde, sudaki bazı mikroorganizmalar tarafından parçalanma süreci de başlar (23). Önce alifatik hidrokarbonlar parçalanırlar. Aromatikler ise hemen hemen hiç parçalanmadan dip çözeltilerde yer alırlar. Hidrokarbon parçalanmasının etkili olan mikroorganizmalardan en önemlileri bakterilerdir (9, 23). Pseudomonas, Micrococcus, Carynebacterium ve Myobacterium, genelde hidrokarbon oksidasyon prosesi ile ilgili bakteri türlerindendir. Micrococcus certificans’ın zift yumrularının parçalanmasında bile etkili olduğu gözlenmiştir. Hidrokarbonların parçalanmasında aktif diğer bir mikroorganizma
grubu da mayalardır. Ayrıca yeterli azot ve fosforun mikroorganizmanın kullanılacağı bir şekilde bulunması, hidrokarbon parçalanmasında çok önemlidir.  Bu elementler denizlerin diplerinde çok düşük konsatrasyonda oldukları için denize dökülen petrolün oksitlenme hızları azot ve fosfor eksikliğiyle sınırlı kalmaktadır (16, 23).

Hirokarbon degradasyonunda sıcaklık çok önemli bir rol oynamaktadır. 5 °C’nin altındaki sıcaklıklarda çok az bir parçalanma olmaktadır. 25 °C civarı mikrobiyolojik hidrokarbon degredasyonu için ideal sıcaklıktır. 

Hidrokarbonlu atıksuların arıtılması için, yukarıda bahsedilen mikroganizma kültürlerinin kullanılması ve sistemdeki azot ve fosfor konsantrasyonlarının yükseltilmesi ile başarılı sonuçlara ulaşılabilmektedir (24).

Pestisitlerin Degradasyonu

İnsan sağlığını, zirai ürünleri ve hayvancılığı tehdit eden organizmaları yok etmek için pestisitler geniş ölçüde kullanılmaktadır. Pestisitlerden insektisit’ler, fungisit’ler, bakterisit’ler, nematisitler ve rodentisit’ler sayılabilir. Bugün üç yüzün üstünde organik pektisit türü mevcut olup, kullanımları her geçen gün artmaktadır. Pestisitlerin, toprak mikroorganizmaları tarafından dekompozisyonu, onların yapısına bağlı olmaktadır. Alifatik asit’ler ve organofosfat pestisitlerin degradasyonu, nispeten diğerlerine göre daha kolaydır. Fenoksi-alifatik asitler, klorlanmış hidrokarbonlar, DDT, zor parçalanan maddelerdir. Bunlar çevrede ve dokularda birikerek insan ve hayvan sağlığını tehdit ederler (16,
25). Biyolojik atıksu arıtma tesislerinde Lindane, Tiazinon, malathion, pentaklorofenol ve 2. klorobifenil, aktif olmayan biyomas tarafından adsorbe edilirler. Bu adsorpsiyon Freundlich eşitliği ile ifade edilebilmektedir (25). Son yıllarda bazı klorlanmış hidrokarbonların ve DDT’nin laboratuvar ölçeğinde ve bu maddelere alıştırılmış biyolojik sistemlerde
çok yavaş olmak üzere parçalandıkları tesbit edilmiştir (16, 25, 26).

Pest kontrolünde biyolojik pestisitler, son yıllarda zehirli kimyasal maddelere alternatif teşkil etmeye başlamışlardır. Zararlı bitkiler ve böcekler yalnızca kendilerini etkileyen bakteri veya virüs vasıtasıyla enfekte edilmekte, dolayısıyla kontrolleri sağlanmaktadır. Yonca tırtılı kontrolünde kullanılan Bacillus thuringiensis buna bir örnek oluşturur. Bu bakteri yalnız böceklere patojen olup, diğer hayvanlar ve bitkilere bir etkisi yoktur. Yine birçok tür virüs bu amaçla saflaştırılmıştır. Bunlar çok özel olduklarından yalnız kullanıldıkları amaca hizmet etmektedirler (25, 27).

Deterjanlar

Deterjanlar sabuna göre daha güçlü yüzey aktivitesine sahip oldukları için daha etkindirler. Sabunlar biyolojik olarak “yumuşak” olduklarından kolaylıkla mikroorganizmalar tarafından parçalanırlar. Buna karşılık sert deterjanlar yüzey aktivitelerini uzun süre muhafaza ettiklerinden ve mikrobiyolojik olarak parçalanamadıklarından suların köpüklü bir görüntü kazanmasına neden olmaktadırlar. Bunu önlemek için imal edilen yumuşak deterjanlar, mikroorganizmalar tarafından kolaylıkla parçalanabilmektedirler (28). Linear alkil benzen sodyum sulfonat (LAS), analoğu BAS (branchedchain alkil benzen sulfonat)’a göre mikroorganizmalar tarafından daha kolay parçalanmaktadır (28). Alkiletoksi solfanatların mikrobiyolojik olarak parçalanması ile glikol ve glikolsulfat oluşmaktadır (22). Nehir suyu ve atıksu organizmaları ile yapılan araştırmalar, yumuşak deterjanların sadece parçalanmakla kalmayıp, oluşan metabolik ürünlerinde aynı zamanda ayrıştırılması sebebi ile çevrede birikmedikleri ortaya çıkmıştır (16, 22, 28).

Deterjan parçalanmasında en etkili 2 mikroorganizma türü Necardia ve Pseudomonas’tır. Bu mikroorganizmalar atıksu arıtma tesislerinde bol miktarda bulundukları için yumuşak deterjanların arıtılması da bu suretle gerçekleşmiş olmaktadır (21, 22, 28). 

BESİN MADDELERİ TRANSFORMASYONU

Bazı besin maddeleri, organik veya inorganik formlarında, çevrede bazı problemlerin oluşmasına neden olmaktadır. Azot, fosfor ve kükürt (organik veya inorganik olarak) sıvı, katı ve gaz atık maddelerin içinde yer alabilmekte ve çevre sorunlarına neden olmaktadırlar. Bu maddelerin, mikroorganizmalar yardımıyla organik karbonun stabilizasyonunda
olduğu gibi, aerobik veya anaerobik olarak daha stabil, çevreye zararsız bir hale getirilmeleri mümkündür. Bu transformasyonlarda mikrorganizmalar çok önemli bir yere sahiptirler. 

Azot Transformasyonu

Hayvan, bitki ve mikroorganizma hücrelerinin ve bunların organik atıklarının biodegradasyonu, organik azotun da inorganik forma çevrilmesi sonucunu doğurur. Bunun tersi bir olay, bitki ve mikroorganizma büyümesi sırasında inorganik azotun organik protoplazmaya çevrilmesi ile görülür (16). 

Nitrifikasyon, amonyağın nitrata aerobik şartlarda çevrimini ifade etmektedir. İki basamakta tamamlanır. Birinci basamakta amonyak, Nitrosamonass yardımıyla nitrite çevrilir. İkinci basamakta ise Nitrobacter, nitriti nitrata oksitler. Bu iki mikroorganizmadan başka organizmalar da amonyağı ve nitriti oksitleyebilme özelliklerine sahiptir. Bunlardan amonyak oksitleyicileri olarak Nitrocystis, Nitrosolobus, Nitrospira briensis sayılabilir. Nitrobacter ve Nitrospina gracilis en önemli nitrit oksitleyici olarak bilinmektedir. Ayrıca nitrifikasyon olayına bazı mikroorganizmaların katalizör olarak katkıda bulundukları da açıklığa kavuşmuştur. Bu organizmalardan Pseudomonas, Bacillus, Nocardia ve Streptomyces en belli başlı olanlarıdır (4). 

Denitrifikasyon, nitratın miroorganizmalar yardımıyla azot gazına ve azot okside (N2O) indirgenmesi prosesidir. Bu anaerobik şartlarda gerçekleşen bir prosestir. Denitrifikasyon yapan bakterilerden Thiobacillus denitrificans, Micrococcus denitrificans, Pseudomonas denitrificans ve Achromobacter en önde gelen mikroorganizmalardır (4, 29). Biyolojik atıksu arıtma tesislerinde de organik azot ve amonyak oksitlenerek nitrata dönüşür. Anaerobik şartlarda da nitrat, azot ve azot okside çevrilir. Biyolojik sistemlerde havalandırma tankından uygulanacak kesikli havalandırma ile tatmin edici bir azot arıtımı elde edilmiştir (29). Denitrifikasyonun, mezofilik sistemlerde termofilik olanlarına göre daha hızlı olduğu da yapılan araştırmalarla belirlenmiş bulunmaktadır (30).

Fosfor Transformasyonu

Son yıllarda tarımda artan miktarlarda kullanılan suni gübreler, deterjanlar ve bazı endüstri atıkları sebebiyle su kütleleri fosfor yönünden fazlaca zengin hale gelmektedir. Buysa bazı göl rezervuarlarda ötrofikasyona neden olmakta, su kalitesinin bozulması ve bu surette çevre kirlenmesi problemleri ortaya çıkmaktadır.

Sulardaki fosfor konsantrasyonu mikroorganizmalar yardımıyla azaltılabilir. Bilindiği gibi bütün canlılar bünyelerinde organik fosfor bileşikleri ihtiva ederler. Fosfor döngüsü, organik fosforun mineralizasyonu suda çözünebilir hale gelmesi ile inorganik fosfatın hücre içinde asimile olması şeklinde özetlenebilir. Bu spesifik olmayan ve bakteriler
actinomycete, algler ve fungus’lar tarafından geçekleştirilen bir transformasyondur (4, 3).

Bu itibarla sularda bulunan fazla fosfor, mikroorganizmalar yardımıyla çözünebilir ve organik hale geldikten sonra, yeterli karbon ve azot sağlanması ile sistem pH ve sıcaklığının kontrolü ile hücre yapısına geçerek sudan ayrılmış olur (31).

Kükürt Transformasyonu

Kükürt tabiatta mineral ve sedimentler halinde suda ve toprakta oldukça bol bulunur. Bütün canlıların hücre yapısında yer aldığı halde bazen mikroorganizma ve bitki üremesini frenleyebilir. Kükürt içeren aminoasitler, cysteine,  cystine ve methionine, hücre proteini için zorunlu aminoasitlerdir (4, 16). 

Kükürt transformasyonu, organik kükürtün mineralizasyonu, inorganik kükürt bileşiklerinin oksitlenmesi veya indirgenmesi şeklinde özetlenebilir. Organik kükürdün mineralizasyonu yoluyla ortaya çıkan en önemli kükürt bileşikleri hidrojen sülfür, elemental kükürt ve tiyosülfat’tır.

Bütün mikroorganizmalar, algler dahil, inorganik kükürtü kullanabilirler. Anaeroblar hidrojen sülfür ve sülfür aminoasitleri tercih etmelerine karşın, aerob’lar daha fazla oksitlenmiş kükürt bileşiklerini kullanırlar. Kükürt bileşiklerinin oksitlenmesi başlıca iki grup bakteri tarafından gerçekleştirilir. Bunlar Thiobacillus ve flamentli bakterilerdir. Thiobacillus thiooxidans, elemental kükürtü sülfürik aside çevirir. Bu organizma çok düşük pH şartlarında üreyebilmektedir. Thiobacillus nouellus tiyosulfatı enerji kaynağı olarak kullanılır ve pH 4’ün altında yaşayamaz. Thiobacillus denitrificans anaerobik olarak ürer ve nitratı elektron akseptoru olarak, kükürtü de enerji kaynağı olarak kullanarak sülfat ve ayrıca azot gazı üretir. Flamentli kükürt bakterileri, hidrojen sülfürü enerji kaynağı olarak kullanarak hücre içindeki kükürt kümecikleri oluşturur. Beggiotoa ve Thiothrix en önemli türleridir. Anaerobik şartlarda oksitlenmiş kükürt yine bakteriler tarafından indirgenerek hidrojen sülfürün oluşmasına neden olurlar. Çok özel olan bu proses Desulfovibrio tarafından gerçekleştirilir. Oluşan hidrojen sülfür, su dağıtım şebekelerinde demir boruların paslanması ile de ilgilidir (9).

Kükürt transformasyonunda, çevre ile ilgili diğer bir alan ise hava kirlenmesi kontrolünde, kömür içindeki kükürtün mikroorganizmalar tarafından alınarak kömürün kükürtten arınmasıdır. Dolayısıyıyla en önlenmiş hava kirleticisi olan kükürtdioksidin çerveye atılması önlenmiş olur. Bu maksatla Thiobacillus denenmiş ve tatminkar neticeler alınmıştır (32, 33).

METAL KİRLETİCİLERİN MİKROBİYOLOJİK OLARAK GİDERİLMESİ

Gerek maden işletmeciliği ve gerek bazı endüstrilerin çevreye bıraktıkları atıklar içinde bulunan elementler, çevrenin bazı hallerde tehlikeli bir şekilde zarar görmesine neden olmaktadırlar. Bu çerçevede, maden yataklarından çıkan asitli sular çevre için önemli bir sorun teşkil etmiştir. Bu sularda demir konsantrasyonu çok yüksektir. Ferrous iyonunun ferrik formuna oksitlenmesi, maden yataklarından çıkan suda asidite kontrolü de sağlar. pH 4,5 ve daha düşük olması halinde bu oksitlenme işlemi demir bakterileri tarafından sağlanabilir. Demir oksitleyici bakteriler morfolojik olarak 3 grupta toplanabilir (4).

a. Haplobacteria, en önemli tür Thiobacillus ferrooxidans olup, pH 2,2 ile pH4,6 arasında yaşamasını sürdürebilir. Sidercapsa ve Naumanniella, bu gruptan diğer organizmalardır. 

b. Sheathed Bacteria, bu grupta da en önemli tür Sphaerotilus’tur. pH 5,8 ile 8,5 arasında vazife görür. Leptothrix ve Crenothrix, Sphaerotilus’un morfolojik olarak değişkenlik gösteren cinslerindendir.

c. Gallionella ferruginea, heterotrofik olarak üreyen ve pH 6 civarında optimum şartlarını bulan bu organizma, demir oksitlenmesinde çok önemli sayılmamaktadır. Metallogenium yine bu gruptan bir organizma olup, pH 4 ile 6,8 arasında varlık göstermektedir (9, 16). Ayrıca, çok küçük konsantrasyonlarda gümüş, krom, selenyum, civa, berilyum gibi metallerin sularda bulundukları ve bunların mikroorganizmalar vasıtasıyla besin zinciri içinde insanlara kadar uzandıkları çeşitli araştırmacıların bulguları arasındadır (9, 16, 34). 

Sularda büyük sorun olan çözünmüş, iki değerli manganez de mikroorganizmalar yardımıyla oksitlenerek çökeltilebilir.

En önemli manganez oksitleyici bakterilerden Hyphomicobium, Metallogenium sayılabilir (16). 

KATI ATIK MADDELERİN STABİLİZASYONU

Organik katı atık maddeler, biyolojik arıtma tesisi çamuru ile birlikte muamele edilerek, mikroorganizmalar yardımıyla stabil bir organik madde elde edilebilir.

Bu organik maddeye kompost, toprak koşullandırıcısı denilmekte ve bu proses, organik maddelerin kontrollü biyodegradasyonu olarak tarif edilmektedir. Bu proses ile selülozik maddelerin bile degradasyonu mümkün olmaktadır. Elde edilen kompost tarımda toprak koşullandırıcısı olarak başarıyla kullanılmaktadır (9, 35).

Genellikle kompost, termofilik organizmalar yardımıyla gerçekleşmektedir. Proseste elde edilen yüksek sıcaklık patojenlerin büyük ölçüde giderilmesini de sağlamaktadır (35).

Proseste yer alan mikroorganizmalar oldukça spesifik olup, aerobik termofilik bakteriler, actinomycetes ve fungus, kompost oluşmasında yer alan en önemli mikroorganizmalardır (35, 36).

SONUÇ

Mikroorganizmalar, çevre problemlerinin çözümünde çok büyük bir paya sahiptirler. Mikroorganizmaların mevcut olmaması halinde çevre problemlerinin çok büyük boyutlara ulaşacağı kesin olarak bilinmektedir. 

Mikroorganizmaları, daha çok çevre problemlerinin çözümünde kullanmak için çeşitli araştırmalar sürdürülmektedir. İleriki yıllarda çevre problemlerinin çözümünde mikroorganizmaların daha büyük rol alacağı belli olmuştur. Bu alanda mikrobiyologların, çevre mühendisleri ile daha yakın işbirliğine ihtiyaç vardır.

KAYNAKLAR
Bu makale Doğa-TÜBİTAK, Türk Mühendisleri ve Çevre Dergisi (Sayı 3, 1989)’nden aynen alınmıştır. Kaynaklara Doğa-TÜBİTAK Dergisi’nden ulaşılabilir.