21 Aralık 2017 | TEKNÄ°K MAKALE 113. Sayı (Aralık 2017)

28.317 kez okundu

Prof. Dr. Gülerman Sürücü
Orta DoÄŸu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi,
Çevre MühendisliÄŸi Bölümü

GÄ°RÄ°Åž

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

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

SIVI ATIKLARIN BÄ°YOLOJÄ°K OLARAK ARITILMASI

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

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

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

Termofilik sistemler ise hızlı kinetiklerine raÄŸmen, yumaklaÅŸma ve çökelemede çıkabilen zorluklar nedeniyle yaygın deÄŸillerdir.

Her tip biyolojik arıtma sistemleri içindeki mikroorganizma türleri farklı olduÄŸundan, en yaygın kullanılan biyolojik sistemlerden baÅŸlayarak diÄŸer önemli sistemlerdeki belli baÅŸlı mikroorganizma türlerini ÅŸu ÅŸekilde 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. Ä°çinde çok deÄŸiÅŸik türde mikroorganizmalar bulunmaktadır. Organik madde cinsine, konsantrasyonuna ve diÄŸer çevre faktörlerine (pH, sıcaklık, oksijen konsantrasyonu, toksik madde vs.) baÄŸlı olarak aktif çamur içindeki mikroorganizma türleri de deÄŸiÅŸmektedir. Aktif çamur içinde bakteri, fungus (mantar), protozoa ve bazen nematod gibi türler çok yaygın olarak bulunan belli baÅŸlı mikroorganizmalardır.

Bakteriler aktif çamur içindeki en önemli mikroorganizma grubunu teÅŸkil ederler. Çünkü atıksuda bulunan organik maddelerin stabilizasyonundan ve biyolojik yumaklaÅŸmadan çok büyük oranda bu organizmalar sorumludurlar. Organik madde cinsi ve konsantrasyonu ve diÄŸer 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 diÄŸer 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, düÅŸük pH ve besi maddeleri eksiklikleri sistemde fungus çoÄŸalmasına neden olmaktadır. Birçok fungus türünden flamentli olanları, bilhassa aktif çamurun iyi yumaklaÅŸmamasına 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 doÄŸrudan etkilemez. Zira sistemde organik madde konsantrasyonu, protozoa üremesi için yeterli deÄŸildir. Protozoa’lar genelde bakterlerle beslenirler. Aspidisca costata, Vorticella convallaria, Trachelophyllum pusillum ve Philodia, aktif çamurda bulunan belli baÅŸlı 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 diÄŸer uçtan alındığı, büyük sığ lagunlardır. Derinlik 1-1,2 metreyi geçmez. Ä°sminden de anlaşılacağı gibi oksidasyon havuzları genelde aerobik sistemlerdir. Fakültatif ve Anaerobik olanları da vardır. Bu sistemlerde, algler diÄŸer mikroorganizmalarla birlikte simbiotik bir uyum içindedirler. Atıksuda bulunan organik madde stabilizasyonundan, genelde sistemde bulunan bakteriler sorumludurlar. Bu bakteriler anerobik ÅŸartlarda organik asitler, aerobik ÅŸartlarda 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 saÄŸlanır. Algler güneÅŸ enerjisini kullanarak fotosentez yoluyla sisteme oksijen verirler (1). 

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

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

Protozoaların da genel besi maddesi durumuna göre hakim türleri deÄŸiÅŸiklik gösterir. Organik madde konsantrasyonunun fazla olduÄŸu sistem giriÅŸlerinde 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 düÅŸük ve oksijen seviyesinin yüksek olduÄŸu oksidasyon havuzlarının çıkış bölümlerinde ise Daphnia ve Rotaria gibi daha yüksek organizmalar, suyundaki organik maddelerin stabilizasyonundan ziyade bakteri ve alglerin sebep oduÄŸu bulanıklığın berraklaÅŸtırılmasına 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. Ä°lk uygulama olan ilk damlatmalı filtrenin yapılışından beri yaklaşık 70 sene geçmiÅŸtir. Bu süre içinde bu tür sistemlerde görülen birçok deÄŸiÅŸikliklere raÄŸmen genel prensipler ve sistemdeki mikroorganizma türleri bakımından deÄŸiÅŸen pek fazla bir ÅŸey yoktur (10). Bu sistemde mikroorganizmalar, bir yüzeye yapışarak bir biyolojik film oluÅŸtururlar. Atıksuda bulunan organik maddeler, bu katman tarafından önce adsorbe edilip, sonra da parçalanırlar. Sistemin genelde aerobik olarak kabul edilmesine raÄŸmen, sistemde tam olarak (% 100) aerobik durum mevcut deÄŸildir. Bu itibarla sistemin fakültatif bir sistem olduÄŸunun 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 özelliÄŸinin kanıtını teÅŸkil ederler. Hakim mikroorganizmalar aerobik, fakültatif anaerobik bakterilerdir. Biyolojik katmanın üst taraflarında aerobik bakterilerden Bacillus türleri hakim durumdadır. Sistem genelinde fakültatif organizmalar çoÄŸunluktadır. Bunlar moleküler oksijenin mevcut olduÄŸu zamanlarda aerobik olarak, oksijenin tükendiÄŸi zamanlarda ise anaerobik olarak yaÅŸamlarını 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 düÅŸük olduÄŸu ÅŸartlarda ve bazı endüstri atıksularının arıtılması sırasında görülmektedirler. Ayrıca biyolojik katmanın üst seviyelerinde alg üremesine de rastlanmaktadır. Alg’ler inorganik ion’larla yaÅŸamlarını 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 yoÄŸun olduÄŸu 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 çoÄŸalırlar. Dolayısıyla az da olsa sistem performansına katkıda bulunurlar (4, 14).

ATIK ORGANÄ°K MADDELERÄ°N ANAEROBÄ°K PARÇALANMASI

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

Anaerobik parçalanmada ilk aÅŸama, katı organik maddelerin, sistemdeki bakterilerin hücredışı enzim salgılarıyla hidrolize edilerek basit, çözülebilir organik maddeler haline getirilmeleridir. Bu esnada selüloz ve niÅŸasta basit ÅŸekere, proteinler ise aminoasitlere dönüÅŸürler. Sadece yaÄŸ asitleri, hücredışı enzimlerden etkilenmezler. Daha sonra, ikinci
aÅŸamada, bakteriler çözünmüÅŸ organik maddeleri metabolize etmeye baÅŸlarlar. Bu aÅŸamada organik maddeler 2 ve 3 karbonlu yaÄŸ asitlerine (asetik asit ve propionik asit) parçalanırlar, dolayısıyla sistemin pH’ı düÅŸme eÄŸilimi gösterir. pH’ın düÅŸme eÄŸilimi, üçüncü aÅŸama olan, yaÄŸ asitlerinin CO2 ve CH4 (metan’a) dönüÅŸtürülmesi ile önlenir. Amino asitlerin metabolizması ile ortaya çıkan amonyak, bir kısım asidin nötrleÅŸtirilmesinde 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).

Ä°ki grup bakteri, anaerobik sistemde bulunur. Bunlar fakültatif bakteriler ve zorunlu anaerobik bakterilerdir. Ä°kinci aÅŸamada 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 diÄŸer bir grup mikroorganizmaların da mevcudiyeti bazı ÅŸartlara baÄŸlıdır. Desulfovibrio bu mikroorganizmalara misal olarak gösterilebilir. Bu mikroorganizmanın önemi, sistemdeki sülfat konsantrasyonu ile orantılıdır. Zira bu organizma, sülfatı hidrojen sülfüre indirgeyeek çok ciddi problemlerin oluÅŸmasına neden olabilir. Evsel atıksu arıtılmasında ve oluÅŸan çamurun anaerobik parçalanmasında bu problem genellikle ortaya çıkmasına raÄŸmen bazı endüstri atıksuları için Desulfovibrio, atıksu kanallarının çürüyüp parçalanmasında önemli bir etkendir (18).

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

REKALSÄ°TRANT ORGANÄ°K BÄ°LEŞİKLER

Rekalsitrant maddeler, genelde mikrobiyolojik olarak kolaylıkla parçalanmayan organik bileÅŸiklerdir. Teknolojide görülen büyük ilerlemeler, bilhassa su kütlelerini büyük baskı altında bırakan birçok yeni organik maddenin çevreye atılmalarını da beraberinde getirmiÅŸtir. Bu maddelerden olmak üzere sentetik kimya, plastik ve petrol hidrokarbonları endüstrileri yan ürünlerinden bazı organik bileÅŸikler en baÅŸta sayılmalıdır. Bunun yanında zirai mücadele ilaçları da çok önemli bir yer iÅŸgal 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 saÄŸlık problemlerine neden olmaktadırlar. DiÄŸer taraftan temizlik iÅŸlerinde son 20-25 yıldır sabunun yerini alan sert deterjanlar da mikrobiyolojik olarak parçalanmaları çok zor olduklarından önemli çevre problemleri yaratmaktaydı. Åžimdi birçok ülkede olduÄŸu gibi memleketimizde de mikrobiyolojik olarak kolay parçalanabilen yumuÅŸak deterjanların kullanımı baÅŸlamıştır. 

Çok önemli çevre kirlenmesi problemine neden olan bazı zor parçalanan organik maddelerin yarattığı sorunlar, son zamanlarda bazı tür mikroorganizmalar yardımıyla giderilmeye baÅŸlanmıştır (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 baÅŸlar (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 olduÄŸu gözlenmiÅŸtir. Hidrokarbonların parçalanmasında aktif diÄŸer bir mikroorganizma
grubu da mayalardır. Ayrıca yeterli azot ve fosforun mikroorganizmanın kullanılacağı bir ÅŸekilde bulunması, hidrokarbon parçalanmasında çok önemlidir.  Bu elementler denizlerin diplerinde çok düÅŸük konsatrasyonda oldukları için denize dökülen petrolün oksitlenme hızları azot ve fosfor eksikliÄŸiyle 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 baÅŸarılı sonuçlara ulaşılabilmektedir (24).

Pestisitlerin Degradasyonu

Ä°nsan saÄŸlığını, zirai ürünleri ve hayvancılığı tehdit eden organizmaları yok etmek için pestisitler geniÅŸ 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 baÄŸlı olmaktadır. Alifatik asit’ler ve organofosfat pestisitlerin degradasyonu, nispeten diÄŸerlerine göre daha kolaydır. Fenoksi-alifatik asitler, klorlanmış hidrokarbonlar, DDT, zor parçalanan maddelerdir. Bunlar çevrede ve dokularda birikerek insan ve hayvan saÄŸlığını tehdit ederler (16,
25). Biyolojik atıksu arıtma tesislerinde Lindane, Tiazinon, malathion, pentaklorofenol ve 2. klorobifenil, aktif olmayan biyomas tarafından adsorbe edilirler. Bu adsorpsiyon Freundlich eÅŸitliÄŸi ile ifade edilebilmektedir (25). Son yıllarda bazı klorlanmış hidrokarbonların ve DDT’nin laboratuvar ölçeÄŸinde ve bu maddelere alıştırılmış biyolojik sistemlerde
çok yavaÅŸ olmak üzere parçalandıkları tesbit edilmiÅŸtir (16, 25, 26).

Pest kontrolünde biyolojik pestisitler, son yıllarda zehirli kimyasal maddelere alternatif teÅŸkil etmeye baÅŸlamışlardır. Zararlı bitkiler ve böcekler yalnızca kendilerini etkileyen bakteri veya virüs vasıtasıyla enfekte edilmekte, dolayısıyla kontrolleri saÄŸlanmaktadır. Yonca tırtılı kontrolünde kullanılan Bacillus thuringiensis buna bir örnek oluÅŸturur. Bu bakteri yalnız böceklere patojen olup, diÄŸer hayvanlar ve bitkilere bir etkisi yoktur. Yine birçok tür virüs bu amaçla saflaÅŸtırılmıştır. 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 “yumuÅŸak” 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 yumuÅŸak deterjanlar, mikroorganizmalar tarafından kolaylıkla parçalanabilmektedirler (28). Linear alkil benzen sodyum sulfonat (LAS), analoÄŸu BAS (branchedchain alkil benzen sulfonat)’a göre mikroorganizmalar tarafından daha kolay parçalanmaktadır (28). Alkiletoksi solfanatların mikrobiyolojik olarak parçalanması ile glikol ve glikolsulfat oluÅŸmaktadır (22). Nehir suyu ve atıksu organizmaları ile yapılan araÅŸtırmalar, yumuÅŸak deterjanların sadece parçalanmakla kalmayıp, oluÅŸan 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 yumuÅŸak deterjanların arıtılması da bu suretle gerçekleÅŸmiÅŸ olmaktadır (21, 22, 28). 

BESÄ°N MADDELERÄ° TRANSFORMASYONU

Bazı besin maddeleri, organik veya inorganik formlarında, çevrede bazı problemlerin oluÅŸmasına 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
olduÄŸu 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 doÄŸurur. Bunun tersi bir olay, bitki ve mikroorganizma büyümesi sırasında inorganik azotun organik protoplazmaya çevrilmesi ile görülür (16). 

Nitrifikasyon, amonyağın nitrata aerobik ÅŸartlarda çevrimini ifade etmektedir. Ä°ki basamakta tamamlanır. Birinci basamakta amonyak, Nitrosamonass yardımıyla nitrite çevrilir. Ä°kinci basamakta ise Nitrobacter, nitriti nitrata oksitler. Bu iki mikroorganizmadan baÅŸka 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 kavuÅŸmuÅŸtur. Bu organizmalardan Pseudomonas, Bacillus, Nocardia ve Streptomyces en belli baÅŸlı olanlarıdır (4). 

Denitrifikasyon, nitratın miroorganizmalar yardımıyla azot gazına ve azot okside (N2O) indirgenmesi prosesidir. Bu anaerobik ÅŸartlarda gerçekleÅŸen 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 dönüÅŸür. Anaerobik ÅŸartlarda da nitrat, azot ve azot okside çevrilir. Biyolojik sistemlerde havalandırma tankından uygulanacak kesikli havalandırma ile tatmin edici bir azot arıtımı elde edilmiÅŸtir (29). Denitrifikasyonun, mezofilik sistemlerde termofilik olanlarına göre daha hızlı olduÄŸu da yapılan araÅŸtırmalarla belirlenmiÅŸ 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. BilindiÄŸi gibi bütün canlılar bünyelerinde organik fosfor bileÅŸikleri ihtiva ederler. Fosfor döngüsü, organik fosforun mineralizasyonu suda çözünebilir hale gelmesi ile inorganik fosfatın hücre içinde asimile olması ÅŸeklinde özetlenebilir. Bu spesifik olmayan ve bakteriler
actinomycete, algler ve fungus’lar tarafından geçekleÅŸtirilen bir transformasyondur (4, 3).

Bu itibarla sularda bulunan fazla fosfor, mikroorganizmalar yardımıyla çözünebilir ve organik hale geldikten sonra, yeterli karbon ve azot saÄŸlanması 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 bileÅŸiklerinin oksitlenmesi veya indirgenmesi ÅŸeklinde özetlenebilir. Organik kükürdün mineralizasyonu yoluyla ortaya çıkan en önemli kükürt bileÅŸikleri 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 oksitlenmiÅŸ kükürt bileÅŸiklerini kullanırlar. Kükürt bileÅŸiklerinin oksitlenmesi baÅŸlıca iki grup bakteri tarafından gerçekleÅŸtirilir. Bunlar Thiobacillus ve flamentli bakterilerdir. Thiobacillus thiooxidans, elemental kükürtü sülfürik aside çevirir. Bu organizma çok düÅŸük pH ÅŸartlarında üreyebilmektedir. Thiobacillus nouellus tiyosulfatı enerji kaynağı olarak kullanılır ve pH 4’ün altında yaÅŸayamaz. 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 oluÅŸturur. Beggiotoa ve Thiothrix en önemli türleridir. Anaerobik ÅŸartlarda oksitlenmiÅŸ kükürt yine bakteriler tarafından indirgenerek hidrojen sülfürün oluÅŸmasına neden olurlar. Çok özel olan bu proses Desulfovibrio tarafından gerçekleÅŸtirilir. OluÅŸan hidrojen sülfür, su dağıtım ÅŸebekelerinde demir boruların paslanması ile de ilgilidir (9).

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

METAL KÄ°RLETÄ°CÄ°LERÄ°N MÄ°KROBÄ°YOLOJÄ°K OLARAK GÄ°DERÄ°LMESÄ°

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

a. Haplobacteria, en önemli tür Thiobacillus ferrooxidans olup, pH 2,2 ile pH4,6 arasında yaÅŸamasını sürdürebilir. Sidercapsa ve Naumanniella, bu gruptan diÄŸer 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 deÄŸiÅŸkenlik gösteren cinslerindendir.

c. Gallionella ferruginea, heterotrofik olarak üreyen ve pH 6 civarında optimum ÅŸartlarını 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 gümüÅŸ, krom, selenyum, civa, berilyum gibi metallerin sularda bulundukları ve bunların mikroorganizmalar vasıtasıyla besin zinciri içinde insanlara kadar uzandıkları çeÅŸitli araÅŸtırmacıların bulguları arasındadır (9, 16, 34). 

Sularda büyük sorun olan çözünmüÅŸ, iki deÄŸerli manganez de mikroorganizmalar yardımıyla oksitlenerek çökeltilebilir.

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

KATI ATIK MADDELERÄ°N STABÄ°LÄ°ZASYONU

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 koÅŸullandırıcısı 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 koÅŸullandırıcısı olarak baÅŸarıyla kullanılmaktadır (9, 35).

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

Proseste yer alan mikroorganizmalar oldukça spesifik olup, aerobik termofilik bakteriler, actinomycetes ve fungus, kompost oluÅŸmasında 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 ulaÅŸacağı kesin olarak bilinmektedir. 

Mikroorganizmaları, daha çok çevre problemlerinin çözümünde kullanmak için çeÅŸitli araÅŸtırmalar sürdürülmektedir. Ä°leriki yıllarda çevre problemlerinin çözümünde mikroorganizmaların daha büyük rol alacağı belli olmuÅŸtur. Bu alanda mikrobiyologların, çevre mühendisleri ile daha yakın iÅŸbirliÄŸine ihtiyaç vardır.

KAYNAKLAR
Bu makale DoÄŸa-TÜBÄ°TAK, Türk Mühendisleri ve Çevre Dergisi (Sayı 3, 1989)’nden aynen alınmıştır. Kaynaklara DoÄŸa-TÜBÄ°TAK Dergisi’nden ulaşılabilir.

 

---

R E K L A M