Peptonun Bıyolojik Olarak Ayrıştırılması Sırasında Benzo[a]anthracene Nin Sebep Olduğu İnhibisyonun Respirometrik Olarak Belirlenmesi

thumbnail.default.placeholder
Tarih
2011-02-17
Yazarlar
Başak, İ. Serden
Süreli Yayın başlığı
Süreli Yayın ISSN
Cilt Başlığı
Yayınevi
Fen Bilimleri Enstitüsü
Institute of Science and Technology
Özet
Zenobiyotik, ortaya çıktığı organizmanın normal bileşeni olmayan bir kimyasaldır. Zenobiyotik terimi aynı zamanda kimyasal, petrokimyasal maddeleri, pestisitleri ve plastikleri de içerir. Piyasada bulunan kimyasal maddelerin sayısı 40.000 civarındadır ve bu sayı her sene 2000 kadar artmaktadır. Yaklaşık olarak 100.000 den fazla zenobiyotik bulunmaktadır. Bu bileşikler, insan ve hayvan sağlığını olumsuz yönde etkileyen toksik ve kanserojen etkileri ve çevre ile biyolojik sistemlerdeki yüksek dayanıklılıkları nedeniyle çevreyi giderek daha fazla tehdit etmektedirler. Zenobiyotikler, hammadde ve katkı maddesi gibi pek çok endüstriyel üretim sürecinde kullanılıp, sonrasında çevreye deşarj edilirler. Bu nedenle, toksisitelerinin değerlendirilmesi ve arıtma sistemleri üzerindeki etkilerinin araşırılması büyük önem taşır. Sentetik ve toksik kökenleri, yüksek miktarlarda üretilmeleri, kanserojen etkileri ve çevrede varlıklarını uzun süre korumalarından dolayı oldukça ilgi görmektedirler. Ayrıca, çevrede zorlukla belirlenebilen düşük konsantrasyonları, canlılar ve biyolojik arıtma sistemleri üzerindeki tam olarak bilinmeyen ve toksik etkileri, biyolojik ayrışma çalışmalarının bu bileşikler üzerine odaklanmasına neden olmaktadır. Bu çalışmada, Benzo[a]anthracene (B[a]A), model zenobiyotik olarak seçilmiş ve B[a]A’nın aktif çamur sistemi üzerine etkileri akut ve kronik olarak incelenmiştir. B[a]A, toksik ve karsinojen bir polisiklik aromatik hidrokarbon (PAH) olup sigara dumanında, özellikle dizel araçların eksoz dumanında, yangın sonucu çıkan dumanlarda, ticari solventlerde vb. bulunmaktadır. B[a]A, Amerika Çevresel Koruma Ajansı (USEPA) tarafından öncelikli kirleticiler listesinde yer alan 16 PAH’tan biridir. Aktif çamur üzerine B[a]A’nın akut ve kronik etkileri, konvansiyonel yöntemler, PAH, oksijen tüketim hızı (OTH), polihidroksialkonat (PHA), baskın tür tayini ve dehidrogenaz enzim testi uygulanarak belirlenmiştir. Dehidrogenaz enzimi, aktif çamurda bulunan mikroorganizmalar tarafından B[a]A’nın biyolojik olarak parçalanmasında kullanılmaktadır. Aklimasyon çalışmaları İSKİ Paşaköy İleri Biyolojik Atıksu Arıtma Tesisi’nden alınan biyokütle ile başlatılmış, hidrolik bekletme süresi 1 gün olan doldur-boşalt reaktörler çamur çaşı 10 gün olarak işletilmiştir. Akut deneylere başlamadan önce sistem 3 ay süre ile organik madde olarak evsel atıksuyu en iyi temsil ettiği düşünülen sentetik pepton karışımı (600 mgKOİ/L) ile beslenmiştir. Akut etkinin belirlenmesi amacıyla farklı B[a]A konsantrasyonları (0,011, 0,044 ve 0,088 g/L) deneylerde kullanılmıştır. Kronik etkinin belirlenmesi için günde iki çevrim ile çalıştırılan ardışık kesikli reaktör (AKR) sistemi kullanılmış ve sabit B[a]A konsantrasyonu (0,011 g/L) sisteme 21 gün boyunca ilave edilmiştir. Yürütülen modelleme çalışması, respirometrik testler aracılığıyla Modifiye Edilmiş Aktif Çamur Modeli No. 3’teki (ASM 3) inhibisyon kinetikleri hakkında deneysel veri desteği ve bilgi sağlamıştır. Eklenen B[a]A’nın, aktif çamurdaki depolanan PHA miktarlarını, PHA depolama hızlarını ve PHA üzerinden çoğalma hızlarını etkilediği deneysel ve model sonuçlarıyla ortaya konulmuştur. Bir diğer önemli sonuç ise kronik test süresince eklenen B[a]A ile aktif çamurda bulunan baskın mikroorganizma türlerinin sistemde değiştiğidir. B[a]A ilavesiz sistemde Entrococcus faecalis türü baskın iken B[a]A ile beslenen kararlı sistemde ise PAH’ları ve B[a]A’yı biyolojik olarak parçalayabilen türler olan Bacillus subtilis, Bacillus atrophaeus, Bacillus cereus türlerinin baskın olduğu belirlenmiştir. Ayrıca, İstanbul’un Avrupa ve Anadolu yakalarında bulunan iki farklı atıksu arıtma tesisi giriş atıksularında PAH ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Giriş atık suyunda PAH konsantrasyonu 1,3-1,9 mg/L aralığında bulunmuştur.
Xenobiotic is a chemical that is not a normal component of the microorganism in which it is detected. The term ‘xenobiotic’ also covers chemical, petrochemical compounds, pesticides and plastics. The number of chemical compounds in the market is around 40000 and this number is increasing by 2000 each year. There are more than 100000 xenobiotics. These compounds have been threatening the environment more and more due to their toxic and carcinogenic effects on human and animal health and their high persistency in environment and biological systems. Xenobiotics are being discharged into the environment after being used as raw material and additive for many industrial processes. Therefore, assessment of their toxicity and investigation of their effects on treatment systems have utmost importance. Furthermore, biological degradation studies have been focusing on these compounds due to their low concentrations in the environment which makes their detection very difficult and the unknown effects on biota and biological treatment systems. In this study, Benzo[a]anthracene (B[a]A) was selected as the model compound and its acute and chronic effects on activated sludge were investigated. B[a]A, as a toxic and carcinogenic polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH), is present in cigarette smoke, exhaust gas of diesel engines, fire smoke, commercial solvents, etc. B[a]A is one of the 16 PAHs in the priority pollutants list of US Environmental Protection Agency (USEPA). Acute and chronic effects of B[a]A on activated sludge were determined by using conventional methods, detection of polyhydroxialkaonates (PHA), oxygen utilization rate (OUR), determination of dominant species and dehydrogenase enzyme test. Dehydrogenase enzyme is used for biological degradation of B[a]A by microorganisms in the activated sludge. The acclimation studies were initiated with biomass taken from the Istanbul ISKI Paşaköy Biological Wastewater Treatment Plant and a fill & draw reactor was operated at a hydraulic retention time of 1 day and sludge age of 10 days. Before starting with the acute experiments, the system was fed with synthetic peptone solution (600 mgCOD/L), which is believed to best represent the municipal wastewater for 3 months prior. Different concentrations of B[a]A (0.011, 0.044 ve 0.088 g/L) were used in the experiments for the determination of acute effects. Sequencing Batch Reactor (SBR) operated at two cycles per day was used for the determination of acute effects and a constant B[a]A concentration (0.011 g/L) was added to the system for 21 days. The modeling studies conducted provided experimental data and information on inhibition kinetics described under Modified Activated Sludge Model No. 3 (ASM3) through respirometric tests. Experimental and modelling results revealed that addition of B[a]A affects the amount of PHA stored in the activated sludge, the rate of storage of PHA and rate of growth on PHA. Another important result is that the added B[a]A during the acute test changed the dominant microorganism species in the activated sludge. In the system with no addition of B[a]A the dominant species was Entrococcus faecalis, whereas in the system with addition of B[a]A at steady state, the dominant species were Bacillus subtilis, Bacillus atrophaeus and Bacillus cereus, which are able to biodegrade PAHs. Furthermore, PAH measurements were made for the samples taken from influents of two different wastewater treatment plants on the Asian and European sides of Istanbul. The total PAH concentration in the influent was found to be in the range of 1.3-1.9 mg/L.
Açıklama
Tez (Doktora) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010
Thesis (PhD) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2010
Anahtar kelimeler
Zenobiyotik, Biyolojik Ayrışma, İnhibisyon, Respirometrik yöntem, Xenobiotic, Biodegradation, Inhibition, Respirometric method
Alıntı