beyaz logo.png

Biyoremediasyon

Edanur TEKİN - Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü, Fen ve Edebiyat Fakültesi, Zonguldak Bülent Ecevit Üniversitesi


Biyoremediasyon ve Yöntemleri

Sanayileşmenin yaygınlaşması sonucu yeraltı sularının, toprağın, tortulların ve havanın, kısacası tüm çevrenin, zararlı kimyasallara maruziyeti artmıştır. Biyoremediasyon, mikrobiyal proseslerin veya mikroorganizmaların aracılığıyla çevreyi kirleten faktörlerin azaltılması esasına dayanmaktadır. Biyoremediasyon yöntemleri, ex-situ ve in-situ yöntemler olmak üzere ikiye ayrılabilmektedir. In-situ yöntemde, kirlenmiş materyal olduğu yerde temizlenir. Ex-situ yöntemde ise arıtma işlemi kirlenmiş materyalin fiziksel olarak bulunduğu yerden uzaklaştırılarak yapılır. Bundan dolayı biyoremediasyon yöntemlerine yerinde ve yerinde olmayan yöntemler de denilebilmektedir. Ex-situ yöntemlere örnekler olarak tarımsal uygulamalar ve çürütme (kompostlama) örnek olarak verilebilirken In-situ yöntemlere örnekler olarak ise biyo-canlandırma (biyostimülasyon), Bioventing (Biyo-havalandırma) ve biyo-büyütme vb. verilebilir. Bunlar incelenecek olursa:


Tarımsal uygulamalar: Katı fazlı arıtma yöntemleri vasıtasıyla kirli toprağın arıtılmasında kullanılır.

Çürütme (kompostlama): Aerobik veya termofilik bir yöntemdir. Bu yöntemde, statik kazıklar veya gazlı kazıklar kullanılır. Kirlenmiş, temizlenecek olan madde hacim arttırıcı özelliğe sahip bir madde ile karıştırılarak gerçekleştirilir.


Biyoreaktörler: Toprak veya suyun biyoremediasyonu kapalı bir kap veya reaktörde gerçekleştirilir.


Bioventing (Biyo-havalandırma): Topraktan oksijenin azaltılması ile mikrobiyal aktiviteyi arttırmak suretiyle toprağın temizlenmesi esasına dayanmaktadır.


Biyo-büyütme: Ex-situ veya in-situ olarak kirlenmiş sahalara mikroorganizmaların eklenmesi yoluyla o sahanın temizlenmesi yöntemidir.


Biyo-canlandırma (biyostimülasyon): Canlı çevreye gerekli olan besin kaynağının sağlanmasıyla o çevreye özgü mikrobiyal popülasyon işlevini arttırması için uyarılmış olur, böylece biyoremediasyon sağlanır.


Biyofiltreler: Mikrobiyal ayırma kolonları sayesinde hava emisyonları arıtılır.


Pompalama ve arıtma: Yeraltı suları yüzeye pompalanarak arıtılır ve tekrardan eski yerine geçer[1].


Biyoremediasyonun Avantajları ve Dezavantajları


Biyoremediasyonun avantajları arasında ucuz bir yöntem olması, kirli sahada direkt arıtmanın yapılabiliyor olması, arıtmanın yapıldığı sahada bozulmanın minimum düzeyde olması, uzun vadede temizlik sağlaması yani kirletici unsurların kalıcı olarak ortadan kaldırılmasını sağlaması, diğer kimyasal veya fiziksel arıtma prosesleriyle bir arada yürütülebiliyor olması gibi hususlar sıralanabilir. Ayrıca arıtma işleminin sahada yapılması ile kirli materyalin temizlenmek üzere nakliye edilmesi sırasında çevreye kontaminasyonu önlenir ve insan sağlığı tehlikeye atılmamış olur. Dezavantajları ise büyük bir dikkatle uygulanması gereken, bilimsel anlamda yoğun süreci içeren, sahaya spesifik özelliklerin dikkatle belirlenip bu kriterlere uygun biyoremediasyon yöntemin seçilmesi gereken bir yöntem olmasıdır. Doğru yöntemin seçilebilmesi için saha araştırmalarının geniş ölçekte yürütülmesi gerekmektedir. Sahanın kazılması ve atık maddelerin atılmasından çok daha uzun süren bir teknolojidir[1, 2].


Biyoremediasyona Detaylı Bir Bakış


Karmaşık yapılı aromatik bileşiklerin, dezenfektanların, boyar maddelerin, pestisitlerin, fenolik bileşiklerin ve diğer zehirleyici etki yaratan unsurların sızması, dökülmesi, uygunsuz taşınması veya yok edilmesi, petrol endüstrisi gibi değişik endüstri yollarıyla çevreye bulaşması, en önemli içme suyu kaynağı olan yeraltı sularına temas etmesi insanlarda, hayvanlarda ve tüm canlı çevrede biyolojik birikim ve bunun sonucunda ciddi hastalıklara, sorunlarla sonuçlanır. Atık suların arıtılması çökeltme, adsorbsiyon, kimyasal oksidasyon, pıhtılaşma veya yakma gibi çeşitli fiziksel ve kimyasal işlemlerle gerçekleştirilebilmektedir. Fakat son dönemlerde, verimsiz ve ekonomik açıdan maliyetli olan bu yöntemlerden ziyade maliyeti daha düşük olan ve enerji tasarrufu sağlayan biyoremediasyon teknolojisine başvurulmaktadır. Biyoremediasyonun en dikkat çekici özelliği, çeşitli organizmaları bir arada barındıran kontamine olmuş açık ortamlarda sürdürülüyor olmasıdır. Bu teknoloji ile kirli sahalardaki doğal biyobozunur süreçlerin hızlandırılması için kirli sahalardaki besin, oksijen, pH, nem ve mikroorganizma gibi gerekli içerikler doğru seviyeye getirilir. Yağ ve su gibi birbiriyle karışmayan iki veya daha fazla fazın karışması için eklenen emülgatörler, bakteri üremesinin yavaş olduğu durumları tersine çevirebilir veya PAH gibi çevrede parçalanması zor olan bileşiklerin parçalanmasını sağlayabilir. Bunun gibi biyoemülgatörler, biyoremediasyonun verimini arttırabilirler. Yağ parçalama süreçlerinden görevli mikroorganizmalar biyosürfaktan üretirler. Bu biyosürfaktanların biyoremediasyondaki işlevi ise hidrofobik, suda çözünmeyen substratların yüzey alanını arttırarak hidrokarbonların çözünürlüğünü arttırmaktır. Bu suretle biyoyararlanım da artmış olur. Laboratuvarda yetiştirilmesi mümkün olan, karbon ve enerji kaynağı olarak metanı okside eden metanotroflar, metan gazının doğal çevrede yayılmasını azaltmak için biyoremediasyon teknolojinde kullanılabilmektedir. Bunlara ek olarak aerobik veya anaerobik yöntemlerle de arıtma sağlanabilmektedir. Mevcut geliştirilmiş olan aerobik süreçler, yüksek konsantrasyonlardaki ksenobiyotiklerin arıtılmasında yetersiz kalsa da immobilizasyon ile arıtma sağlayabilmektedir. Aerobik granülasyon, hücreden hücreye yapışma olayı ile farklı endüstri atıklarının ve toksik metal iyonlarının ve atık suların arıtılmasında kullanılabilmektedir[3-5].


Toprak biyoremediasyonu için gerekli çevresel faktörler ve mikrobiyal aktivite için optimum koşullar şunlardır: İlk çevresel faktör, mevcut toprak nemidir. Optimum koşulu %25-85 su tutma kapasitesinin mevcut olmasıdır. Mikrobiyal aktivitesi için gerekli koşul ise %25-28 su tutma kapasitesidir. İkinci çevresel faktör, oksijendir. Optimum koşulu, aerobik bozulma için > 0,2 mg/L DO, > %10 hava dolu gözenek alanı olmasıdır. Mikrobiyal aktivitesi için gerekli koşul ise aerobik, minimum %10 havalı dolu gözenek alanıdır. Üçüncü çevresel faktör, redoks potansiyelidir. Optimum koşulu, > 50 mil volttur. Dördüncü çevresel faktör, besinlerdir. Optimum koşulu, C:N:P (karbon, azot, fosfor) oranının 120:10:1 molar oranında bulunmasıdır. Mikrobiyal aktivitesi için gerekli koşul ise mikrobiyal büyüme için N ve P’nin olması gerektiğidir. Beşinci çevresel faktör, pH ’tır. Optimum koşulu, 6.5-8.0’dır. Mikrobiyal aktivitesi için gerekli koşul pH 5.5-8.5’tur. Altıncı çevresel faktör, sıcaklıktır. Optimum koşulu, 20-30ºC’dir. Mikrobiyal aktivitesi için gerekli koşul ise 15-45 ºC’dir. Yedinci çevresel faktör, kirleticilerdir. Optimum koşulu, kuru toprağın ağırlığında %5-10 hidrokarbon bulunmasıdır. Mikrobiyal aktivitesi için çok toksik olmaması gerekmektedir. Sekizinci çevresel faktör, ağır metallerdir. Optimum koşulu, 700 ppm’dir. Mikrobiyal aktivitesi için toplam içerik 2000 ppm olmalıdır. Dokuzuncu çevresel faktör ise toprak türüdür. Belirlenmiş bir optimum koşulu bulunmamaktadır. Mikrobiyal aktivitesi için düşük kil veya alüvyon içeriği olmalıdır[6].

Ağır metaller doğal çevrede insan aktiviteleri sonucunda veya doğal bileşenler olarak mevcut olabilmektedir. Ağır metallerin yüksek konsantrasyonda bulunması canlı organizmada toksik etki yaratsa da biyolojik sistemlerin gerekli süreçleri yönetebilmeleri için belirli konsantrasyon aralığında metal iyonlarına ihtiyaç duymaktadırlar. Toprakta fazla konsantrasyonda bulunan ağır metallerin sıvı fazda çözülmesi suretiyle matristen atılması gerekmektedir. Mikroorganizmalar teknesyum, vanadyum ve cıva gibi bazı metalleri enzimatik olarak indirgeyebilirler fakat bazı toksik metalleri ise indirgeme konusunda yetersizdirler[7].

Biyoremediasyonda mikrobiyal lakkazların yanı sıra görevli olan başka mikrobiyal enzimler de mevcuttur. Örneğin; mikrobiyal oksidoredüktazlar, çeşitli mantar, bakteri ve yüksek bitkilerde toksik etki yaratan maddelerin detoksifikasyonunda görev almaktadır. Mikroplar ise bu enzimlerin yer aldığı, enerji açığa çıkartan kimyasal reaksiyonlar aracılığıyla enerjilerini elde ederler. Bunun gibi oksidasyon-redüksiyon reaksiyonları sayesinde toksik maddeler oksitlenerek zararsız hale getirilirler. Bu enzimlerin aynı zamanda ksenobiyotikleri detoksifiye edebilmesinde ve humifikasyonda da işlev gördüğü belirlenmiştir. Mikrobiyal oksidoredüktaz grubuna dahil olan mikrobiyal oksijenazlar, oksijen transfer ederek indirgenmiş substratların oksidasyonu reaksiyonlarında görev alırlar. Monooksijenazlar ve dioksijenazlar olarak iki gruba ayrılmaktadırlar. Monooksijenazlar ise flavin bağımlı monooksijenazlar ve P450 monooksijenazlar olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır. Flavine bağımlı monooksijenazlar, prostetik grup olarak flavin içerirler. P450 monooksijenazlar ise HEM grubu içerirler. Monooksijenazların değişik birçok çeşit substratlarda spesifik bölge seçiciliği yüksektir. Bundan dolayı sentetik kimya ve biyoremediasyonda sıklıkla kullanılmaktadır. Dioksijenazlar ise aromatik bileşikleri oksitlemesi nedeniyle biyoremediasyonda tercih edilmektedirler. Diğer bir örnek, mikrobiyal lakkazlardır. Birçok mikroorganizma, orto oksidasyonunu katalize edebilen hücre içi ve hücre dışı lakkazlar üretme yetisine sahiptir. Lakkazlar yalnızca fenolik ve metoksifenolik asitleri oksitlemez, aynı zamanda dekarboksile eder ve metoksi gruplarına saldırır (demetilasyon). Bir başka biyoremediasyonda görevli mikrobiyal enzim, mikrobiyal peroksidazlardır. Bu enzim lignin ve diğer fenolik bileşiklerin oksidasyonunu sağlayan enzimdir. Peroksidaz enzimleri kendi arasında birçok sınıfa ayrılmaktadır. Bunlardan biri, beyaz çürükçül mantarı tarafından salgılanan mikrobiyal lignin peroksidazdır. Bir diğeri, hücre dışı lignini parçalayan mikrobiyal manganez peroksidazdır. Üçüncüsü ise mikrobiyal çok yönlü peroksidazlardır[8].





Referanslar:

  1. Boopathy, R. (2000). Factors limiting bioremediation technologies. Bioresource technology, 74(1), 63-67.

  2. Viswanath, B., Rajesh, B., Janardhan, A., Kumar, A. P., & Narasimha, G. (2014). Fungal laccases and their applications in bioremediation. Enzyme research, 2014.

  3. Kensa, V. M. (2011). Bioremediation-an overview. Journal of Industrial Pollution Control, 27(2), 161-168.

  4. Ron, E. Z., & Rosenberg, E. (2002). Biosurfactants and oil bioremediation. Current opinion in biotechnology, 13(3), 249-252.

  5. Watanabe, K. (2001). Microorganisms relevant to bioremediation. Current opinion in biotechnology, 12(3), 237-241.

  6. Shukla, K. P., Singh, N. K., & Sharma, S. (2010). Bioremediation: developments, current practices and perspectives. Genet Eng Biotechnol J, 3, 1-20.

  7. Garbisu, C., & Alkorta, I. (2003). Basic concepts on heavy metal soil bioremediation. ejmp & ep (European Journal of Mineral Processing and Environmental Protection), 3(1), 58-66.

  8. Karigar, C. S., & Rao, S. S. (2011). Role of microbial enzymes in the bioremediation of pollutants: a review. Enzyme research, 2011.


18 görüntüleme0 yorum

Son Paylaşımlar

Hepsini Gör