Biyoremidasyon, bir çevre kirleticisinin veya çevre kirliliinin mikroorganizmalar yardımıyla temizlenmesi veya ortamdan uzaklaştırılması işlemlarinin tümüdür.
Bu teknik ile, bakteriler ve fungus türleri kullanılarak kirliliğin hızlı bir şekilde ortamdan kaldırılması veya azaltılması sağlanır.[6] Doğada mevcut olan bir süreç taklit edilerek, biyolojik onarım yapılacak alanda onarımı sağlayan canlılar arttırılır veya laboratuvar ortamında yetiştirilmiş canlılar kirlilik yüklü bölgeye aşılanarak orada üremeleri ve çoğalmaları sağlanır.[6] Doğanın normal şartlarda çok uzun bir zamanda temizleyeceği kirlilik, bu sayede daha hızlı bir şekilde temizlenmiş olur.[6]
Biyoremidasyon canlıları seçilirken, insan ve hayvan sağlığını tehlikeye sokmayacak türlerin seçimi oldukça önemlidir. Aksi durumda, hastalık etmeni enfeksiyonlara sebep olunabilir.[6]
Diğer başka bir tanımla Biyoremediasyon, mikroorganizmaların kullanılanılması ile zararlı maddeleri toksik olmayan bileşiklere dönüştüren bir proses olup, kimyasal sıvıların ve tehlikeli atıkların arıtılması için kullanılan tekniklerden biridir [2].
Bakteriler zararlı atıkları ve kimyasalları, zararsız yan ürünlere dönüştürdükten sonra ya ölürler ya da sayıları normal populasyon düzeyine ulaşır [2]. Böylelikle ekolojik denge bozulmaz. Ayrıca, toprakta bulunan mikroorganizmaların belirlenmesi ile toprak rehabilitasyonu için en uygun kompozisyon oluşturulabilmektedir.
Bazı durumlarda atıkları işlemede kullanılan mikroorganizmaların yan ürünleri yararlı ürünler oldukları için geri kazanım olarak kullanılabilmektedir. Anaerobik arıtma teknolojisi buna örnek olarak verilebilir. Atıklarında organik madde yoğunluğu fazla olan fabrikalarda uygulanan bu teknolojide, uygun biyokimyasal parametrelerin sağlandığı reaktörler kullanılır. Bu reaktörlere anaerobik koşullarda yaşayan metan bakterileri, organik atıkları parçalayarak kirliliği giderirken bir yandan da metan gazı üretmeye devam ederler. Daha sonra oluşan bu metandan da elektrik üretilerek işletmeye ek bir enerji kaynağı sağlanmış olur.
Özellikle gıda, kâğıt vb. endüstriler bu yöntemin kullanımı için oldukça çok uygundur [2].
Biyoremediasyonda rol oynayan mikroorganizmalar funguslar, mayalar ve bakterilerdir [7,8]. Bir mikroorganizmanın canlılığını sürdürebilmesi için besine ve enerjiye ihtiyacı vardır. Doğada mikroorganizmalar toprakta çok çeşitli organik maddeleri parçalayarak kendileri için gerekli olan besin ve enerji kaynağını sağlarlar.
Ayrıca metilen klorit ve kükürt gibi kimyasal maddeler de besin ve enerji kaynağı olarak kullanılmaktadır [2].
Biyoremediasyon olayında kontaminant maddeleri parçalayabilen ve onları toksik olmayan yan ürünlere dönüştüren mikroorganizmaların büyümeleri teşvik edilerek mikroorganizmaların doğal olarak bu prosesinden yararlanılır. Yani biyoremediasyon uygulaması atıkların döküldüğü bölgeye besin aktarımı yapılarak, toprağın bakteri kompozisyonuna göre, doğal olarak toprakta bulunan bakterilerin etkin duruma geçirilmesi ya da toprağa yeni bakteriler aktarılması şeklinde olabilir. Mikroorganizmalar kontaminantlara maruz kaldığında artan bir yetenek ile bu maddeleri degrede etme yönünde bir gelişme gösterirler. Genellikle bu toksik maddeyi parçalayarak enerji elde eden strainler ön plana çıkmaktadır [2]
Biyodegredasyon doğal bir proses olmasına rağmen bazı biyodegrede olabilen organik maddeler doğada parçalanmadan kalmaktadır. Bu durumun en önemli nedeni bir çok çevresel koşulun proses üzerinde etkili olmasıdır [2].
• Kimyasal madde konsantrasyonunun mikroorganizmaya toksik etki yapacak düzeye erişmesi uyum sorununa yolaçar,
• Mikrobiyal çeşitlilik biyodegredasyon için elverişsiz veya yetersiz olabilir,
• Çevresel koşulların çok asidik veya bazik olması,
• Besin içeriği yönünden dengelenmemiş maddelerin (petrol ve petrokimyasal atıklar) degredasyonunda azot, fosfor, kükürt v.b.iz elementlerin eksikliği,
• Nem durumunun elverişsiz olması,
• Kimyasal atığı enerji kaynağı olarak kullanan mikroorganizmalar için oksijen ve amonyak gibi elektron akseptörlerinin eksikliği de nedenler arasında yer alır.
Biyoremediasyonda tehlikeli atıkları bertaraf etmek için genetik olarak düzenlenmiş mikroorganizmaların kullanımı ABD Çevre Koruma Kurumu (EPA) tarafından yasaklanmıştır. Böyle mikroorganizmaların doğada rekabet güçleri zayıftır. Bununla beraber, insan sağlığı ve çevre açısından da ne gibi riskler taşıdığı pek bilinmemektedir. Bu nedenle bu tip mikroorganizmalar ancak laboratuvar çalışmalarında kullanılır [2].
Biyoremediasyonun avantajları nelerdir?
1. Biyoremediasyon ekolojik olarak güvenli doğal bir prosestir.
2. Kontaminantların bir besin kaynağı olarak mevcut olması durumunda varolan mikroorganizmalar artmaktadırlar. Kontaminantlar azaldığında populasyon kendiliğinden azalmaktadır.
3. Biyolojik parçalanmadan çıkan atıklar genellikle karbondioksit, su, yağ asitleri gibi zararsız bileşiklerdir. Orijinal pollutanttan daha toksik bir ürün oluşturma olasılığı çok azdır.
4. Biyoremediasyonda kontaminantlar çevresel bir ortamdan bir diğerine transfer edilmeden hedef kimyasal maddeler tamamen ortadan kaldırılmaktadır.
5. Biyoremediasyon tehlikeli atıkların bertaraf edilmesi için sıklıkla kullanılan teknolojilere göre daha ucuzdur. Örneğin, biyoremediasyon ile bir bölgenin temizlenme maliyeti 45–50 milyon $ iken atıkların ortadan kaldırılması için bir fırın inşa etme maliyeti 140 milyon $’a kadar çıkmaktadır. Ayrıca atıkların taşınması da pek tercih edilmez[2].
Biyoremediasyonun dejavantajları nelerdir?
1. Sahip olduğu bazı sınırlamalar biyoremediasyonun bir temizleme teknolojisi olarak yaygın kullanımını engeller.
2. Biyoremediasyona başlamadan önce çok iyi bir araştırma yapılması gerekmektedir ve kompleks kontaminant karışımı ve bölgeler için uygun biyoremediasyon teknolojisi mühendisine gerek duyulmaktadır. Topraktan mikroorganizmaların izolasyonu için mikrobiyologlara, parçalanma yol izinin belirlenmesi için ise biyokimyacılara gerek duyulmaktadır,
3. Biyoremediasyonla yapılan temizleme işlemi yakma veya toprağın kazılıp atılması ile karşılaştırıldığında uzun bir zaman almaktadır,
4. Bazı toksik yan ürünlerin oluşumuna karşı önceden tedbir almak gereklidir[2].
Biyoremediasyon için en uygun kimyasal maddeler [2];
• Klor içermeyen (=dehalojenize) fenolikler ve kresoller: 2-metil fenol
• Dehalojenize aromatik bileşikler: benzen, toluen, xylen (BTEX)
• Polinükleer aromatik hidrokarbonlar: Creasate
• Aklanlar ve alkenler: Fuel oil
• Poliklorlanmış bifeniller: Triklorobifenil
• Klorofenoller: penteklorfenoller
• N içeren heterosiklikler: piridin
• Klorlanmış solventler: kloroform, trikloro etilen,vinil klorid
• Herbisit ve pestisitler olup bunların hepsi aerobik biyodegredasyonla parçalanabilmektedir. Klor içermeyen aromatik bileşikler, dehalojenize fenolik bileşikler, klorlanmış solventler ve klorofenoller anaerobik olarak parçalanmaktadır [2].
Biyoremediasyon ilk olarak petrol ürünlerini ve hidrokarbonları degrede etmek için kullanılmaya başlanmıştır. Özellikle petrol, yağ ve diğer benzeri materyallerin depolandığı yeraltı tanklarının yaklaşık %15’i sızdırmaktadır. Bu bölgelerin çoğunda toprağın ve yeraltı sularının temizlenmesinde biyoremediasyon en etkili yöntemdir. Ayrıca orman koruma bölgelerinde özellikle ABD’de 200’den fazla kimyasal bileşiğin kompleks bir karışımı olan creasate yılda 500 bin ton kullanılmaktadır. Bu maddeyi üreten sanayi bölgelerinden, tanklardan ve orman koruma bölgelerinden creasate toprak ve yeraltı suyuna sızmaktadır. Bu maddenin temizlenmesinde de biyoremediasyon en etkin yoldur. Şu anda ABD’de EPA tarafından 100’den fazla bölgede biyoremediasyon projeleri planlanıp uygulanmaktadır. Artan toksik madde sayısıyla uygulanan biyoremediasyon yöntemlerinin artacağı umulmaktadır [2].
Biyoremediasyon Teknikleri Nelerdir?
Bazı kaynaklara göre In-situ (saha içi) arıtım, ex-situ (saha dışı) arıtım ve kombine arıtım olmak üzere 3 ana sınıfta incelenen biyoremediasyon tekniklerini daha ayrıntılı olarak şematize etmek mümkündür [4].
Bazı kaynaklarda ise biyoremediasyon teknolojileri, in-situ (saha içi), ex-situ (saha dışı), biyoreaktör, doğal yavaşlatma ve bitkisel-remediasyon olmak üzere beş tekniğe ayrılabilir. Bu teknikler, ilk olarak şu iki şeyi yapmaktadır: ya kirleticileri alt tabakadan kaldırırlar (arındırma ya da tasfiye teknikleri) ya da maruz kalmayı azaltarak kirleticilerin yarattığı riskleri azaltırlar (stabilizasyon teknikleri)[11].
A ) In-Situ Arıtım (biyoremediasyon) Tekniği ;
Hem yüzey hem yeraltı arıtımını kapsamaktadır. Yüzey remediasyonunda oksijenin sağlanması daha kolaydır. Havanın oksijeninden yaralanılır. Yeraltı remediasyonunda kontamine olan materyale mutlaka oksijen veya su verilerek yapılır [2].
– Bioventing (Biyo-havalandırma)
Hedef: Yakıt, halojen olmayan uçucu organik bileşikler (VOCs) ve yarı uçucu organik
bileşiklerle (SVOCs), pesitisid ve herbisidlerle kirletilmiş toprak [9]
Halojen bileşiklerde bu yöntemin başarısı düşüktür.
Uygulanamadığı alanlar: Yüksek konsantrasyonda inorganik tuz, ağır metal veya organik bileşik içeren alanlar [9]
Biyo-havalandırma, yerel bakterileri harekete geçirmek için kuyular aracılığıyla kirlenmiş toprağa hava ve besin temin etmeyi içermektedir. Eğer kirlilik yüzeyin altında derinde ise, çevresel arındırma için bu teknik kullanılabilir.Biyo-havalandırma, düşük hava akım hızı sağlar ve kirleticilerin atmosfere salınımını ve buharlaşmasını en aza indirirken, sadece biyolojik parçalanma için gerekli olan oksijen miktarını sağlar [11].
– Biyostimulasyon (biyo-canlandırma)
Hedef : Yakıt, halojen olmayan uçucu organik bileşikler (VOCs) ve yarı uçucu organik bileşiklerle (SVOCs), pesitisid ve herbisidlerle kirletilmiş toprak ve yer altı suyu [9]
Halojen bileşiklerde bu yöntemin başarısı bazen düşük olabilir.[9]
Uygulanamadığı alanlar: Yüksek konsantrasyonda inorganik tuz, ağır metal veya organik bileşik içeren alanlar [9]
Biostimulasyion, havalandırma, besin maddelerinin eklenmesi, pH ve sıcaklık kontrolü gibi durumları optimize ederek kirletici maddelerin ayrışmasını arttırabilen doğal bir remediasyon türüdür. Bu yöntem, petrol kirleticilerinin topraktan çıkarılması için uygun bir remediasyon tekniği olarak kabul edilebilir ve hem yerli mikrofloraların içsel parçalanma kapasitelerinin hem de in-situ süreçlerinin kinetiğinde yeralan çevresel parametrelerin değerlendirilmesini gerektirmektedir[11].
Biyodegradasyon (Biyo-ayrışma/parçalanma)
Biyodegradasyon, organik kirleticileri parçalamak için kirlenmiş alanda ortaya çıkan çok sayıda organizmayı harekete geçirmek amacıyla kirlenmiş toprakların içinde sulu çözeltileri dolaştırarak oksijen ve besin teminini içermektedir. Genel olarak bu teknik, kirlenmiş topraklar ve yeraltı suları için kullanılabilir [11].
Biosparging (biyo-serpme)
Bu yöntem, doymuş alandaki organik maddeleri ayrıştırmak için yerel mikroorganizmaları kullanan in-situ remediasyon teknolojilerinden birisidir. Doğal olarak oluşan mikroorganizmaların biyolojik faaliyetlerini arttırmak için, hava ve besinler doymuş bölgeye enjekte edilir. Biyolojik serpme, petrol bileşenlerinin kirlettiği yeraltı suyunu ve toprağı temizlemek için kullanılır. Küçük çaplı hava enjeksiyon noktalarının kurulum kolaylığı ve düşük maliyeti, sistemin tasarımında ve yapımında önemli esneklik sağlamaktadır[11].
Bio-augmentasyon (biyo-büyüme)
Bu yöntem, kirlenmiş sahalarda doğal olarak oluşan ya da bu sahalara dışarıdan getirilen mikroorganizmaların eklenmesini içermektedir. Bu yöntem, özellikle inorganik bileşenleri olan kirlenmiş toprak için faydalıdır[11].
In-situ tekniklerinin avantajları nelerdir?
1-Toprağı kazmaya ve taşımaya gerek yoktur- genel olarak daha ucuzdur.
2-Tek seferde büyük miktarda toprağı arındırabilir.
3-Ex-situ tekniklerine kıyasla daha az kirleticinin açığa çıkmasına yol açar.
4-Daha az toz oluşturur.
5-Toprak geçirgen kumlu bir topraksa (sıkıştırılmış), en etkilidir.
In-situ tekniklerinin dezavantajları nelerdir?
1-Killerde/ yüksek katmanlı yeraltı ortamlarında en az etkilidir. Oksijen, arındırma yapılan alan geneline eşit miktarda dağıtılamaz.
2-Arındırma hedefine ulaşmada daha yavaş kalabilir (eğer daha zor parçalanabilen bir kirleticiyse, yıllar alabilir)
3-Başa çıkması daha zor olabilir (ex-situ teknolojilerine kıyasla)
4-Mikrobiyal aktivitenin mevsimsel değişimleri bulunmaktadır.
5-Alanlar, sıcaklık, oksijen temini vb. gibi çevresel faktörlere doğrudan maruz kalmaktadır.
6-Besinler, yüzey aktif maddeler, oksijen vb. gibi arındırma katkı maddelerinin problemli uygulaması
7-Çok yorucu ve zaman alıcı bir süreçtir.
B) Ex-Situ Arıtım ( biyoremediasyon ) Tekniği;
Burada toprağın temizlenmesinde kontamine toprak yerinden alınarak arıtma tesisindeki suyla karıştırılıp sürekli oksijen verilerek suyun içerisindeki kontaminasyonu gerçekleştiren organik maddenin biyodegredasyonu gerçekleştirilir. Seperasyondan sonra temiz toprak elde edilir. Temizlenen toprak sonra tekrar alınan sahaya götürülür. Aktif çamur yöntemiyle kontamine sudaki organik maddelerin parçalanması sağlanır [2].
– Tarımsal Uygulamalar
Bu teknik uygulamaları, petrolle kirletilmiş toprak için en kolay ve en etkili yöntemdir. Temel amacı, doğal yollarla biyolojik olarak parçalanabilen organizmaları harekete geçirmek ve kirleticilerin aerobik (havalı) ayrışmasını kolaylaştırmaktır. Tarımsal uygulamalar, temizleme sorumluluklarının yanı sıra izleme ve bakım maliyetlerini düşürme potansiyeli olduğu için alternatif bir bertaraf tekniği olarak çok ilgi görmüştür. Ancak, bu uygulama toprağın 10- 35 cm yüzeyinin temizlenmesi ile sınırlıdır [11].
– Kompostlaştırma (Çürütme)
Kompostlama yöntemi, termofilik koşullar altındaki (40- 65° C) mikroorganizmalar tarafından organik atıkların ayrıştırılması sürecidir. Bu metot, petrol hidrokarbonları, çözücüler, klorofenoller, pestisitler, herbisitler, PAHs ve nitro aromatik patlayıcılarla kirlenmiş olan topraklara ve biyokatılara uygulanmaktadır[11].
– Biopiles (Biyo-yığın)
Biopiles, arazi tarımının ve kompostlamanın hibrit bir sistem olarak kullanıldığı bir biyoremediasyon teknolojisidir. Yıkama ve buharlaşma yoluyla kirleticilerin fiziksel kayıplarını kontrol altında tutmaya çalışan arazi tarımının rafine bir versiyonu olan bu teknik, petrol hidrokarbonları ile oluşan yüzey kirlenmelerinin bertarafı için kullanılmaktadır. Biopiles, petrolle kirlenmiş topraklar için uygulanabilir, uygun maliyetli ve daha az yıkıcı bir remediasyon tekniği olarak görülmektedir [11].
Ex-situ tekniklerinin avantajları nelerdir?
1- Ex-situ teknikleri, in-situ tekniklerine kıyasla daha hızlı, kontrolü daha kolay ve daha geniş bir kirletici çeşitlerinde ve toprak tiplerinde kullanılır.
2- Toprağı homojenleştirme, tarama ve sürekli olarak toprağı karıştırma yeteneği nedeniyle arındırmanın benzerliği ile ilgili daha fazla kesinlik vardır.
Ex-situ tekniklerinin dezavantajları nelerdir?
1- Toprağın kazılmasını gerektir, bu da ekipman için artmış maliyete ve planlamaya neden olur.
2- Malzeme taşıma/işçi maruziyet koşulları için daha fazla risk
3- Genellikle biyoremediasyon aşamasından önce bazen de sonrasında kirlenmiş toprağın temizlenmesini gerektirmektedir [11].
C) Biyoreaktör Tekniği;
Farmasötikler gibi maddelerin biyoteknolojik üretimlerinde kullanılan büyüyen organizmalar (bakteri ya da maya) için büyük bir fermantasyon odasıdır. Ayrıca zararlı atıkların daha az zararlı maddelere dönüştürülmesi için kullanılır. Bu teknik, yakıt hidrokarbonları ve organikleriyle kirlenmiş olan toprağı ve suyu remediasyon için kullanılır. Biyoreaktörün kuru ve sulu olmak üzere iki fazı vardır. Sulu fazlı biyoremediasyon, kuru fazlı ile karşılaştırıldığında nispeten daha hızlı bir süreçtir. Sulu fazlı biyoreaktörde, kirlenmiş toprak büyük bir odada su ve diğer katkı maddeleriyle birleştirilir. Sulu fazın aksine, kuru fazlı biyoreaktör, ekstra su içermez [11].
Biyoreaktör tekniğinin avantajları nelerdir?
1-Nispeten daha hızlı arındırma
2-Azaltılmış pelet oluşumu
3-Artmış sulu homojenleştirme
4-Artmış biyo-yararlanım
Biyoreaktör tekniğinin dezavantajları nelerdir?
1-Toprak-su ayırma problem olabilir.
2-Toprağın suyu alındıktan sonra atık su artıma ihtiyacı olmaktadır.
D) Doğal Azalım Tekniği;
Doğal azalım, topraktaki, yeraltı ve yüzey suyundaki kirleticilerin (organik ve inorganik) kütlesini, toksisitesini, hareketliliğini, hacmini ve yoğunluğunu azaltmaya yönelik bir süreçtir. Bu süreçler, fiziksel, kimyasal ve biyolojik olarak gruplandırılmaktadır. Fiziksel olgular; adveksiyon, dağılım, seyreltme, difüzyon, buharlaşma ve emilim/dışarı salmadır. Kimyasal süreçler; iyon değişimi, karmaşıklaştırma ve abiyotik (cansız) dönüşümdür. Biyolojik süreçler ise aerobik ve anaerobik biyodegrasyon, bitki ve hayvan naklidir. Doğal azalım, uygun maliyetli bir remediasyon teknolojisidir [11].
Doğal azalım tekniğinin avantajları nelerdir?
1-İnsan sağlığına ve çevreye çok az risk teşkil eder.
2-En toksik ve hareketli kirleticiler genellikle en hızlı ve güvenli şekilde ayrışır.
3-Kesintisiz
4-Uygun maliyetli
5-Diğer remediasyonlarla kolaylıkla birleştirilir.
6-Ekipman arızaları nedeniyle aksaklık süresi yoktur[11].
Doğal azalım tekniğinin dezavantajları nelerdir?
1-Yeraltı suyunun çıkarılması ve arındırılması ile remediasyon süresi kadar zaman çerçevesi
2-Uzun süreli izleme
3-Akifer heterojenliği, alan karakterizasyonunu karmaşıklaştırır (doğal azalıma özgü değildir).
4-Biyodegrasyon aracıları orijinal kirleticilerden daha toksik olabilir.
5-Bazen diğer remediasyon tekniklerine göre, özellikle de pompalama ve arındırma, daha pahalı olabilir (izleme gereksinimlerinden dolayı)[11].
E) Fitoremediasyon Tekniği;
Fitoremidasyon, topraktaki, tortulardaki, çökeltilerdeki, atık sulardaki, yeraltı sularındaki ve havadaki kirleticileri çıkarmak, taşımak, stabilize etmek ve yok etmek için çeşitli bitki türlerini ve ilişkili mikroorganizmaları kullanan bir biyoremediasyon tekniğidir. Bitkiler, toksik organik ya da inorganik maddelerin varlığını gösterebilir, engelleyebilir, biriktirebilir yada yüksek miktarda biriktirebilirler. Bu nedenle de kimyasalların kaderine önemli ölçüde katkıda bulunurlar ve biyosferden istenmeyen bileşenleri kaldırmak için kullanılabilirler. Fitoremediasyon, toksik kirleticilerin çevreden temizlenmesi için çevre dostu, uygun maliyetli ve karbon nötür bir yaklaşım sunmaktadır[11].
Fitoremediasyon mekanizmaları, fito-ekstraksiyon, fito-stabilizasyon, fito-buharlaşma, fito-degredasyon, fito-akümülasyon, rizo-filtreleme, rizosfer biyodegredasyon ve hidrolik kontrolü kapsamaktadır[11].
– Fito-ekstraksiyon
Fito-ekstraksiyon, kirleticilerin toprak, çökelti ve sudan arındırılması için bitkileri ya da yosunları kullanır. Bu mekanizmada, bitkiler, kendi kök sistemleri ile topraktan ağır metalleri ya da radyonüklitleri çıkarır ve bunları köklerinde biriktirir ya da gövdesine ya da yapraklarına taşır. Bitkiler, hasat edilene kadar kirleticileri çıkarmaya devam eder. Hasattan sonra, kirlenmiş toprak önemli derecede arınma seviyesine ulaşmıyorsa, önemli derecede bir arınma elde etmek için büyüme/hasat döngüsünün birkaç ürün boyunca tekrar edilmesi gerekmektedir[11].
Fito-ekstraksiyon başlıca avantajı, çevre dostu olmasıdır. Toprak kalitesinde herhangi bir zarara yol açmamaktadır. Fito-ekstraksiyonun diğer bir faydası da diğer arındırma işlemlerinden daha ucuz olmasıdır. Bu süreç bitkiler tarafından kontrol edildiği için, herhangi bir geleneksel toprak temizleme işleminden daha uzun sürmektedir[11].
– Fito-stabilizasyon
Bu mekanizmada, bitkiler toprak ve sudaki kirlenmiş kimyasal bileşenleri hareketsiz hale getirir. Kirleticiler, köklerle alınır ve rizosferde çökeltilir. Bu, kirleticinin besin zincirine girmesini engeller[11].
– Fito-buharlaşma
Bu mekanizmada, organik kirleticiler içeren su, bitkiler tarafından alınır ve kirletici maddeler bitkilerin yaprakları ile havaya salınırlar. Su, bitkinin iletim sistemi boyunca kökünden yapraklarına kadar ilerlediği esnada suda bunan kirleticiler değişikliğe uğratılabilir, ve sonra bitkiyi saran havaya buharlaşır ya da uçucu hale gelebilir[11].
– Fito-degredasyon
Bu mekanizmada, kirleticiler (organik) bitkilerin dokularında metabolize edilir ve yok edilir. Bu küçük kirletici moleküller daha sonra büyüdükçe bitki tarafından metabolitler olarak kullanılabilir, böylece de bitki dokularına dahil olurlar[11].
– Fito-akümülasyon
Bu mekanizmada, kirletici maddeler, diğer besinler ve suyla birlikte bitki kökleri tarafından alınır. Bu kirletici kütle, bitki sürgünlerinde ve yapraklarında yok edilmez, aksine biriktirilir[11].
– Rizo-filtreleme
Bu mekanizma, kirlenmiş sudan (yüzey ya da yeraltı) metali absorbe etmek, yoğunlaştırmak ve çökeltmek için hem karada hem de suda yaşayan bitkileri kullanır[11].
– Rizosfer biyodegrasyonu (Rizodegradasyon)
Bu mekanizmada, bitkiler, topraktaki mikroorganizmalara besin temin eden kökleri aracılığıyla yaygın maddeleri boşaltır. Böylece mikroorganizmalar biyolojik ayrışmayı arttırır. Örneğin, bitki kökleri, toprak mikroflorası için karbonhidrat kaynaklarını (şeker, alkoller, ve organik asitler) dışarı sızdırır. Bu bileşikler mikrobiyal büyümeyi ve faaliyeti arttırır ve ayrıca mikroplar için kemotaktik sinyal işlevini görürler[11].
– Hidrolik kontrol
Bu mekanizmada, kirlenmiş yeraltı suyu ağaçlar tarafından iyileştirilir[11].
Fitoremediasyon tekniğinin avantajları nelerdir?
1-Fitoremediasyon, kirlenmiş suyun arıtılması için eski “pompalama ve arındırma” yönteminden daha ucuzdur.
2-Fitoremediasyon, ayrıca kirletilmiş alanın kazılmasından da daha ucuzdur.
3-Basitçe ağaç dikerek ve bu ağaçların büyümesine izin vererek suda bulunan TCE’nin %95’ine kadar olan bir miktarını temizleyebilir.
4-Fitoremediasyon, kurulduktan sonra herhangi bir bakım istemez.
5-Fitoremediasyon bitkileri kullandığı için, estetik olarak da hoştur.
6-Bitkiler dikildikten sonra, bir zamanlar yaşama elverişsiz olan alanlarda yaban hayatı gelişebilir.
7-Temizleme faaliyeti için güneş enerjisi kullanılır.
8-Fitoremediasyon, kirletici madde yoğunluklarının düşük olduğu alanlarla sınırlıdır [11].
Fitoremediasyon tekniğinin dezavantajları nelerdir?
1-Fitoremediasyon, kullanılan bitkilerin kökleri kadar derin kirlilik olan alanlarla sınırlıdır.
2-Besin zinciri, kimyasalların ayrışmasından olumsuz etkilenebilir.
3-Hava, tehlikeli kimyasallar içeren bitkilerin yapraklarının ve dallarının yanmasıyla kirlenebilir [11].
Biyoremediasyonu Etkileyen Çevresel Faktörler Nelerdir?
Biyoremediasyonun gerçekleşip gerçekleşmeyeceğini belirleyen en önemli çevresel faktörler pH, sıcaklık, konsantrasyon ve redoks potansiyelidir. Bu faktörler biyoremediasyonun hızını da arttırmaktadır [2, 3].
pH:
Toprakların çoğu 5–9 arasında pH değerine sahiptir. Bu aralık birçok mikroorganizmanın büyümesi için uygun bir aralıktır. Bakteriyel türlerin bir çoğunun büyümesi için optimum pH 6,5-7,5 arasındadır. Toprağın biyoremediasyonunda toprağın pH’sı belirlenip biyoremediasyonu yapacak organizmanın türüne göre en uygun biyodegredasyon pH’sı ayarlanmalıdır. Optimum pH değeri substrata göre de değişmektedir [2].
Sıcaklık:
Enzimatik olarak katalizlenen arıtım reaksiyonlarını etkiler. Mikrobiyal reaksiyonlarda özellikle belli bir sıcaklığın üzerinde hücresel komponentler irreversibl olarak inaktive olmaktadır. Burada biyoremediasyonda rol alan mikroorganizmaların sıcaklık istekleri göz önünde bulundurulmalıdır. Fakat soğuk iklimlerde biyoremediasyon için beklenmesi gereken süre uzar bunun nedeni reaksiyon hızlarını düşmesidir [2].
Konsantrasyon:
Kontaminantın konsantrasyonunun anlaşılması çok önemlidir. Düşük konsantrasyonlarda mikroorganizmalar tarafından tolere edilebilir. Ksenobiyotikler, yüksek konsantrasyonlarda toksik etki gösterirler. Konsantrasyon direk olarak spesifik büyüme hızını etkilemektedir. Eğer kontaminantın konsantrasyonu litrede mikrogram, nanogram arasındaki düşük konsantrasyonlarda ise mikroorganizmaların büyümesi için enerji ve C kaynağı olarak yetersiz kalabilmektedir. Yüksek konsantrasyonlarda toksik etki gösterir, düşük konsantrasyonlarda da spesifik büyüme hızını etkilediğinden ne çok düşük ne de çok yüksek konsantrasyonda olmamalıdır [2].
Redoks Potansiyeli:
Bir ortamın aerobik veya anaerobik olup olmadığını belirler yani bir ortamda hangi elektron akseptörünün olduğunu ifade eder. Redoks potansiyeli yüksek (-) ise nitrat, sülfat, karbondioksit gibi elektron akseptörü olduğunu, yüksek (+) ise elektron akseptörü olarak oksijenin kullanıldığını gösterir [2]. Kontaminantı parçalayan organizmanın kullandığı spesifik elektron akseptörünün organik bir maddenin biyotransformasyonunu gerçekleştirmesinde çok büyük önemi vardır [2].
Biyoremediasyon Oranını Etkileyen Faktörler Nelerdir?
-pH
-Sıcaklık
-Metaller
-Toksik bileşikler
-Su içeriği
-Besin kullanımı
-Kirleticilerin Biyolojik Kullanılabilirliği
-Co-metabolizma
-Biyoagümantasyon [10]
Kaynaklar:
1- Ceyhan, N., Esmeray, E. Petrol Kirliliği ve Biyoremediasyon Türk Bilimsel Derlemeler Dergisi 5 (1): 95-101, 2012 ISSN: 1308-0040, E-ISSN: 2146-0132, www.nobel.gen.tr ‘(2012)
2- Alexander, M.(1999). Biodegradation and bioremediation second edition, Academic Press New York.
3- Margesin, R., Schinner, F. (2011). Biodegradation and bioremediation of hydrocarbons in extreme environments, 56:650–663
4- Keshav, P. S., Nand, K. S., Shivesh, S. (2010). Bioremediation: Developments, current practices and perspectives, Genetic Engineering and Biotechnology Journal, Volume 2010: GEBJ-3
5- “Su ürünleri temel bilimler terimleri sözlüğü” (PDF). sumae.gov.tr. s. 35. 11 Temmuz 2016 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 14 Temmuz 2016.
6- “Biyoremidasyon”. yesilaski.com. 14 Temmuz 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 14 Temmuz 2016.
7- Frazar, C. (2000). The bioremediation and phytoremediation of pesticide-contaminated sites, National Network of Environmental Studies (NNEMS).
8- Strong, P. J., Burgess, J. E. (2008). Treatment methods for wine-related ad distillery wastewaters: a review. Bioremediation Journal, 12: 70-87
9- https://acikders.ankara.edu.tr/mod/resource/view.php?id=54614
10- https://acikders.ankara.edu.tr/mod/resource/view.php?id=13950
11 – http://www.uni-ecoaula.eu/index.php/tr/2-uncategorised/817-4-2-bioremediation-technologies-3?showall=1