Besi Maddesi Takviyesi İle Anoksik Marmara Denizi Sedimentlerinde Petrol Hidrokarbonlarının Biyoıslahının İyileştirilmesi

thumbnail.default.placeholder
Tarih
2011-02-24
Yazarlar
Kolukırık, Mustafa
Süreli Yayın başlığı
Süreli Yayın ISSN
Cilt Başlığı
Yayınevi
Fen Bilimleri Enstitüsü
Institute of Science and Technology
Özet
Marmara Denizi petrol hidrokarbonlarıyla yoğun bir şeklide kirletilmektedir. Bu kronik hidrokarbon kirliliğinin üstesinden gelebilmek için sürdürülebilir, az insan müdahelesi gerektiren ve ekonomik bir ıslah stratejisi geliştirilmesi şarttır. Eğer Marmara Denizi sedimentlerinde anaerobik koşullarda hidrokarbon ayrıştırabilen mikroorganizmalar aktif bir şekilde bulunuyorsa ve bu organizmaların aktivitelerini arttırmanın bir yolu bulunabilirse, kirliliğin giderilmesi için en umut vaad eden yöntem anaerobik ya da anoksik koşullarda biyoıslah uygulanmasıdır. Bu ön koşulu sınamak için Marmara Denizi sedimentlerinin fiziksel, kimyasal ve mikrobiyolojik karakteristikleri 2 yıl boyunca izlenmiştir. Marmara Denizi sedimentlerindeki toplam petrol hidrokarbon seviyeleri, aşırı şekilde kirlenmiş deniz ortamlarındaki seviyelerle aynı düzeydedir. Toplam mikrobiyal hücre içerikleri ise deniz ortamları için belirtilen seviyelerin çok üstündedir. Sedimentlerde yürüyen başlıca metabolik prosesler nitratın amonyağa dissimilatif indirgenmesi, sülfat indirgenmesi, denitrifikasyon, metan üretimi ve anaerobik hidrokarbon ayrıştırılmasıdır. Sediment süzüntü sularında mevcut N ve P seviyeleri mikrobiyal çoğalmayı destekleyecek seviyelerin çok altındadır. Bu göstergeler nutrient takviyesi ile sedimentlerin aktivitelerinin arttırılabileceğine dair ipuçları vermiştir. Bunu sınamak için metanojenik ve nitrat indirgeyici koşullar altında hidrokarbon ayrışım mikrokozmosları kurulmuştur. Mikrokosmaslardaki nutrient seviyelerinin doğal seviyelerden başlanarak giderek arttırılması, hidrokarbon ayrıştırma aktivitesinde ~20× artışla sonuçlanmışıtr. Sedimentlerin doğal hidrokarbon içeriklerinin tümü bu şekilde giderilebilmiştir. Sedimentler bir çok farklı aromatik (18 farklı 1-5 halka aromatikler) ve alifatik (n-C9-31 alkanlar ve asiklik isoprenoidler) hidrokarbonları ayrıştırabilmiştir. Mikrokozmoslarda hidrokarbonların ayrıştırılması için 3 farklı mikrobiyal metabolik yol izlenmiştir. Bunlar metanojenesis, nitratın amonyağa dissimilatif indirgenmesi ve denitrifikasyon prosesleridir. Anaerobik ve anoksik koşullarda hidrokarbon ayrıştırılmasından sorumlu fonksiyonel genlerin miktarı ve bu genlerden üretilen transkriptlerin miktarı inkübasyon süresi boyunca yüksek seviyelerde seyretmiştir. Bu durum fümarat eklenmesi ile hidrokarbon aktivasyonu ve daha sonra anaerobik hidrakarbon ayrıştırılması prosesinin hidrokarbon ayrıştırılmasında en önemli rolu oynadığını göstermiştir. Sonuç olarak, bu çalışma Marmara Denizindeki yoğun ve kronik kirliliğin, sediment organizmalarının aktivitelerinin nutrient takviyesi ile arttırılması yoluyla giderilebilmesinin mümkün olduğunu göstermiştir. Bu çalışmanın çıktıları, daha az maliyet ve insan müdahalesi gerektiren biyoıslah uygulamalarının dünya çapında uygulanmaya başlanmasına öncülük edecek niteliktedir.
Marmara Sea has been extensively polluted with petroleum hydrocarbons. A cost effective remediation strategy which can be sustained for a long time with a minimal human intervention is needed to overcome the chronic hydrocarbon pollution in this environment. The best candidate for this purpose is bioremediation under anaerobic/anoxic conditions as long as oil-degrading anaerobes are abundant and active in the sediments, and there is a way to increase activity of this population. In order to assess this, physicochemical and microbiological characteristics of Marmara Sea sediments were monitored for two years. The total petroleum HC levels were similar to those from extremely polluted marine environments; the microbial cell contents were very high compared to the other marine environments; the sediments were dominated by dissimilatory nitrate reducers to ammonia, methanogens and anaerobic hydrocarbon degraders, and these microbes were active; and N and P were limited in the porewaters for biological activity. These indications raised the question that hydrocarbon degradation activity of Marmara Sea sediments can be increased by N-P amendment under methanogenic and nitrate reducing conditions. Natural TOC/N/P ratio of the sediment porewaters was gradually decreased which resulted in ~20× increase in hydrocarbon removal. Natural hydrocarbon content of the sediments were completely removed. The sediment microorganisms degraded wide range of aliphatic (n-C9-31 alkanes and acyclic isoprenoids) and aromatic (18 different 1-5 ring aromatics) hydrocarbons. Monitoring functional gene and transcript abundances revealed that methanogenesis, dissimilatory nitrate reduction to ammonia and denitrification processes were the three routes of hydrocarbon degradation in Marmara Sea sediments. Genes and transcripts related to initial activation of hydrocarbons were highly abundant throughout the incubation periods showing that fumarate addition was the main pathway of anaerobic hydrocarbon degradation. In conclusion, biostimulation of highly polluted anoxic Marmara Sea Sediments via nutrient amendment is possible which will lead to less human intervened and more economical field-scale bioremediation applications worldwide.
Açıklama
Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010
Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2010
Anahtar kelimeler
Petrol Hidrokarbonları, Deniz Kirliliği, Biyoıslah, Marmara Denizi, Petroleum hydrocarbons, Marine pollution, Bioremediation, Marmara Sea
Alıntı