Tuzluluk, sülfat ve kurşun içeren kentsel atıksuların membran biyoreaktörlerde arıtımında quorum quenchıng mekanizmasının incelenmesi

Abstract

Hızla artan dünya nüfusu ve gelişen sanayi, doğal kaynakların orantısız bir şekilde tüketilmesine yol açmakta ve bu durum, iklim değişikliği ve su kıtlığı gibi önemli çevresel sorunları beraberinde getirmektedir. Artan su kıtlığına sürdürülebilir çözümler arayışı kapsamında öne çıkan membran biyoreaktörler (MBR), atıksuların membran sistemleriyle arıtılarak sulama amaçlı geri kazanımını sağlamaktadır. MBR sistemleri, umut verici bir çözüm sunmalarına rağmen, tıkanmadan kaynaklanan sınırlamalara sahiptir. Bu tıkanmaların büyük çoğunluğu, membran yüzeyinde biyokütlenin tutunarak birikmesi sonucu oluşan biyokirlenmeden kaynaklanmaktadır. Mikroorganizmaların bulundukları ortamlarda birbirleriyle iletişim kurarak yeterli sayıya ulaştıklarında topluluk davranışları sergilemeleri bilim dünyasının keşfettiği bir gerçektir. Biyofilm oluşumu, mikroorganizmaların en temel topluluk davranışlarından biridir. Bu organizmalar, bir araya gelerek dış etkilere karşı korunma ve yaşam döngülerini sürdürebilme amacıyla "Quorum Sensing" (Yetersayı etkisi) mekanizmasını kullanırlar. Ekolojik ortamlar içerisinde, iletişim sinyalleri üretebilen türler olduğu gibi, bu sinyalleri besin kaynağı olarak kullanabilen türler de mevcuttur. Bu türler, sinyal moleküllerini besin olarak kullanırken, bir araya gelmeye çalışan diğer türlerin iletişim süreçlerini de kesintiye uğratmaktadır. Bu bakterilerin mekanizmalarının, belirli amaçlar doğrultusunda kullanılması ise, yeni bir kavram olan "Quorum Quenching" (Yetersayı etkisini azaltma) olarak adlandırılmaktadır. Bu tez çalışmasında, endüstriyel atıksuların arıtımında kullanılan membran biyoreaktörlerde (MBR) Quorum Quenching (QQ) mekanizmasının entegrasyonunu ele alarak, bu yöntemin biyoreaktör sistemlerinin operasyonel verimliliğini ve dayanıklılığını artırma potansiyeli incelenmiştir. Geleneksel MBR sistemlerinde sıklıkla karşılaşılan ve sistem performansını olumsuz etkileyen biyofilm oluşumu ve biyotıkanma gibi sorunlara çözüm bulmak amaçlanmıştır. Endüstriyel atıksu arıtımı, değişken kirlilik yükleri ve zorlu operasyonel koşullar nedeniyle MBR teknolojilerinde önemli zorluklar oluşturmaktadır. Bu tez, QQ mekanizmasını kullanarak, mikroorganizmalar arası iletişimi baskılayarak biyofilm formasyonunu önleyip, membran yüzeylerinde biyotıkanmayı azaltmayı hedeflemektedir. Bunu yaparken bir yandan ensütriyel atıksularda bulunan toksisite etkisi olan bazı kirletici parametrelerinin bakteriyel QQ mekanizmasına olan etkisi araştırışmıştır. Araştırma, QQ mekanizmasının MBR sistemlerine entegrasyonunun, biyokirlenme oranını düşürdüğünü ve atık su arıtım verimliliğini artırdığını göstermiştir. Çalışma, laboratuvar ölçekli deneyler ve kontrol gruplarıyla karşılaştırmalı analizler kullanılarak yürütülmüştür. QQ entegre MBR sistemlerinin (QQ-MBR), konvansiyonel MBR sistemlerine kıyasla daha düşük biyofilm oluşumu ve daha yüksek kirlilik giderim verimliliği sergilediği tespit edilmiştir. Ayrıca, QQ-MBR sistemlerinin, özellikle ağır metal ve organik kirleticilerin etkili olduğu atıksuların arıtımında da membran biyokirlenmesini azaltarak üstün performans gösterdiği belirlenmiştir. Sonuç olarak, bu tez QQ mekanizmasının MBR sistemlerine entegrasyonunun, endüstriyel atıksu arıtımında önemli bir yenilik olarak değerlendirilebileceğini ve bu entegrasyonun sistemin genel sürdürülebilirliğine ve ekonomik verimliliğine katkıda bulunabileceğini önermektedir. Ayrıca, bulgular, biyotıkanma ve enerji tüketimi gibi operasyonel maliyetleri azaltma potansiyeline işaret etmekte, bu sayede atıksu arıtımının genel maliyetinin düşürülmesine yardımcı olabileceğini vurgulamaktadır.