Çevre Biyoteknolojisi
ÇEVRE BİYOTEKNOLOJİSİ
Atık İşlemlerin Biyokimyası
Atık su arıtılması sırasında oluşan biyokimyasal reaksiyonlar daha çok bakteriler tarafından gerçekleştirilir . Atık suyun bileşimi çok kompleks olup binlerce organik maddeyi çok değişik konsantrasyonlarda içerir . Atık suda çok sayıda substrat ve mikroorganizma bulunması bazı reaksiyonların inhibisyonuna sebep olabilmektedir . Ayrıca substrat konsantrasyonunun çok düşük olması reaksiyon hızlarının da fermantasyona kıyasla çok yavaş olması sonucunu doğurur .
Atık işlemlerin biyokimyası atığın içerdiği bileşiklerin tabiatı ile yakından ilgilidir . Kentsel atık sularda bulunan organik Cnin %75 i karbonhidrat , , protein , amino asitler ve yağ asitlerinden kaynaklanır . Geriye kalan kısımda anyonik deterjanlar ve non iyonik deterjanlar önemli yer tutar . Organik maddenin 2/3 i süspanse haldedir .
Atık işlemleri “açık” sistemler olduğundan mikrobiyal populasyon özellikle düşük büyüme hızlarında çok çeşitlidir . Aerobik işlemlerde ana katabolik reaksiyonlar moleküler O2li oksidasyon ile tamamlanırken , anaerobik solunum bazı durumlarda meydana gelir ve nitrat elektron akseptörü olur . Anaerobik işlemlerde ana reaksiyon hidrolitik ve fermentatif reaksiyonlardan sonra inorganik karbonun elektron akseptörü olarak kullanıldığı solunumdur . Bu reaksiyonların son ürünü metan olup CO2 in H2 ile direkt indirgenmesi ile de elde edilebilir .
Solunum-O2 Tüketimi
Bir atığın arıtılması sırasında O2 tüketiminin bilinmesi çok önemlidir . Çünkü havalandırma aktif çamur prosesinde toplam maliyetin önemli bir kısmını oluşturur .
Oksijen tüketimi manometrik ve elektrodlarla veya beş günlük BOD ( Biyolojik Oksijen İhtiyacı ) testi ile belirlenebilir . Arıtılmış olsun veya olmasın atık suların büyük kısmı genellikle nehirlere verilir . Nehir canlı hayatı için çözünmüş O2 miktarı esansiyel olduğunda daha 1912 yılında İngilterede nehir suyundaki çözünmüş O2 ni kritik düzeye düşürmeden kanalizasyon sularının nehre verilebilmesi için BOD testleri yaptırılmaya başlanmıştır .
Saf bakteri kültürleri için spesifik endojen solunum oranı çok düşükken aktif çamur durumda oldukça yüksektir . ( ~%10-50 ) . Bunun iki önemli sebebi vardır .
1 ) Aktif çamur kendine bağlı olarak suda çözünmeyen formattaki yağ asitleri , karbonhidratlar ve proteinleri içerir .
2 ) Arıtma proseslerinde metabolize olabilecek depo ürünlerini içerebilecek mikroorganizmalar yavaş büyürler buna karşılık endojen solunumu çok hızlıdır .
Bu durumlarda hücre canlılığını yitirir ama solunum devam eder ve mikrobiyal büyüme olmadığı halde O2 tüketilir . Normal olarak aktif çamurda canlı hücre oranı %1-10 arasında değişir . Sonuçta total lizizin gerçekleşir ve hücre içeriği dışarı çıktığından bulanıklığa sebep olur . Supernatantın çözünmüş organik karbon ( DOC ) ve BOD değeri yükselir .
Atık işlemlerinde endojen metabolizma ve lizizin bilinmesi havalandırma tankının O2 gereksinimini hesaplayabilmek açısından önemlidir .
Çözünmüş Oksijen ( DO )
Moleküler O2 , H2 veya e akseptörü olarak hizmet görür ve sonuçta H2O oluşur . O2 ender olarak doğrudan organik moleküllere transfer edilir . DO arttırılırsa solunum hızlanır ve hiperbolik bir görüntü verir .
Hızın DO konsantrasyonuna bağımlılığı Monod ve MichaelisMenten denklemlerine uyar ve bakterinin oksijene ilgisi Km sabiti ile ifade edilir .
( Solunum hızının çözünmüş oksijen konsantrasyonuna bağımlı değişimi )
Saf kültürler için Km çok düşüktür ( 0 , 001 mg/1 ) aktif çamur durumunda ise ( 0 , 1-0 , 2 mg/1 ) dir . Km=0 , 1 mg/1 ise maksimum hızın %95 ine ulaşabilmek için DOnun 2 mg/1 olması yeterlidir . Daha fazla havalandırma ekonomik değildir .
Aktif çamur proseslerinde hava yerine saf oksijen kullanılması O2nin sıvı faza hızlı geçmesi açısından önemlidir .
Enzimler
Bilindiği gibi enzimler biyokimyasal reaksiyonları katalizlerler ancak aktif çamurda serbest formda enzim bulunmaz . Hücrelerin içinde ve membranında bulunurlar . Ancak aktif çamur prosesinin etkinliğini artırmak için enzim preparatları katılabilir .
Çamurların dehidrogenaz ve katalaz aktiviteleri ile çamurun atık suya karşı aktivitesi arasında net bir ilişki tespit edilememiştir . Ancak katalaz aktivitesi yüksek çamurlar kanalizasyon suyunu çok çabuk berraklaştırmaktadır .
Dehidrogenaz aktivitesindeki düşme atık suyun toksit madde içerdiğini , endojen çamura bir madde ilavesiyle dehidrogenaz aktivitesinin artması ise bu maddenin biyodegredasyona uğratılabildiğini göstermektedir .
İnhibisyon
Atık suyun inhibitörleri içermesi spesifik solunum hızlarında katlık bir değişime neden olur . Ayrıca ağır metal iyonları inhibitörlerin yüksek konsantrasyonlarda bulunması hücre lizizinde dolayısı ile bulanıklığa BOD değerinin artmasına ve nihayet artık prosesinin tamamen durmasına neden olur .
Aynı konsantrasyonda inhibitör içeren aktif çamur ve saf kültür kıyaslanırsa inhibitörün aktif çamurdaki etkinliği daha azdır . ( modifikasyon etkileri , kimyasal reaksiyonlar , çökelme , adsorpsiyon ) . Özellikle belirli bir süre sonra mikrobiyal populasyon inhibitörü metabolize etme yeteneği kazanması veya inhibitöre dirençli mutantların oluşması mümkündür . Örneğin;nitrosomonas saf kültürü durumunda 0 , 5 mg/1 tiyoüre varlığında nitrit üretimi tamamen inhibe edilir . Aynı sonuç için çamur prosesinde 5-20 kat fazla tiyoüre gerekir .
Arıtma sistemi de inhibitörlerin etkinliğinde rol oynar . Tamamen karıştırılabilen bir havalandırma tankı ile tapa akış ( plug-flow ) sistemi kıyaslandığında inhibitör etkisi ikincide daha fazladır . Bu durum özellikle fenol gibi yüksek konsantrasyonda inhibitör etkisine sahip düşük konsantrasyonlarda ise metabolize edilebilen maddeler açısından önemlidir .
Azot Metabolizması
Azot bağlanması: Azotobacter gibi moleküler azotu bağlayan organizmalar özellikle azotlu bileşikleri yeterince içermeyen ( BOD>25 ) atık suların arıtılmasında rol oynayabilir . Fakat bu durum kesin olarak gözlenebilmiş değildir . Bu tür sıvıları arıtmadan önce genellikle fosfat formunda amonyum tuzları katılarak BOD<20 ye düşürülür .
Deaminasyon: Deaminasyon ve azot içeren organik maddelerden hidroliz yolu ile NH3 oluşturan reaksiyonlar sonucu açığa çıkan NH3 hücre materyalinin sentezinde ( aminoasitler , proteinler , nükleik asitler vb . ) kullanılır . Ayrıca endojen metabolizma ve liziz sırasında da serbest amonyak oluşur ve hücrenin ölümüne sebep olur .
Amonyağın aşırısı ototrof olarak nitrit üzerinden uygun koşullarda nitrata oksitlenir ve nitrat anerobik bölgelerde veya çok düşük DO konsantrasyonlarında oksijen kaynağı ( dissimilasyon ) olarak kullanılır . Amonyak yokluğunda ise nitrat azot kaynağı ( assimilasyon ) olarak değerlendirilir .
Nitrifikasyon: Ototroflarda spesifik büyüme hızı ( µ ) 0 , 2 1/ gündür . Heterotroflarda ise~5 1/ gündür . Nitrifikasyon prosesleri inhibitörlere çok duyarlıdır . Tiyoüre ve benzeri bileşikler Nitrosomanas türleri için çok spesifik inhibitörlerdir .
Amonyağın nitrite oksidasyonu sırasında asit üretimi kaçınılmazdır . Eğer atık suyun tampolanma kapasitesi yetersiz ise pH düşer .
Denitrifikasyon: Denitrifikasyon nitratın dissimilatore indirgenmesiyle mikroanaerobik zonlarda ve biyolojik filtre filmleri içinde birçok mikroorganizma türü tarafından gerçekleştirilir . Nitrat redüksiyonu için metanol veya melas içeren atık sular karbon kaynağı olarak kullanılır . DO konsantrasyonu <1 mg/1 değerinin altına düştüğü reaktörlerde denitrifikasyon oluşabilir . Nitrat kaybı hızı 5 mg değerine kadar lineerdir ve ürün genellikle N2 olmakla birlikte nitrat oksit , nitrit de olabilir . Nitratın indirgenmesi OH` oluşumuna neden olduğundan denitrifikasyon sonucu pH yükselir .
Fosfor ve Kükürt
Fosfor: Atık sulardan fosfat formunda assimile edilir ve nükleik asitler , nükleozid fosfatlar ( ATP vb . ) ve bazı durumlarda hücre içinde polifosfat olarak depolanırlar .
Atık suyun fosfat düzeyi düşükse BOD:P~100:1 olacak şekilde fosfat ilave edilmelidir . Fosfatların nehirlere deşarjı istenmez , çünkü aşırı alg üremesi olur . Atık sularda bulunan ve daha çok insan metabolizması ve deterjanlardan kaynaklanan fosfatın uzaklaştırılması için birçok proses geliştirilmiştir .
Fosforun mikrobiyal tüketimi lüks sayılır , daha çok fizikokimyasal reaksiyonlarda kalsiyum fosfatlar olarak şeklinde çöktürülmeye uygun düşmektedir .
Kanalizasyon sularının içerdiği fosfatın ( ~10 mg P/1 ) i hücre çoğalması yolu ile %60 dan fazlası ise çöktürme ile uzaklaştırılır .
Kükürt: Sülfat olarak assimile olur . -SH grubu içeren organik maddeler sülfüre dönüşürler ki bunlar çok çabuk sülfata oksitlenirler . Organik sülfat ve sülfonatlar sülfat ve sülfürlerle hidrolizlenirler ve daha sonra çok çabuk sülfata oksitlenirler . Bazı mikroorganizmalar desülfonasyondan önce yan zinciri oksitlerken pek çoğu direk olarak desülfonasyonu gerçekleştirir . Aktif çamur sülfat konsantrasyonu ise 100 mg/1 düzeyine kadar tolere edilir .
Diğer Elementler ve Büyüme Faktörleri
Atık sular mikrobiyal üreme için gerekli mineralleri ( Na , K , Ca , Mg , Cu , Zn vb . ) yeterli miktarda içerirler . Bunlardan bazıları ( Ca ve Mg ) özellikle flokların oluşturulması için gereklidir . Bazı bakteriler bir veya daha fazla organik büyüme faktörlerine özellikle B grubu vitaminlerine ihtiyaç duyarlar ki bunlar da kentsel atık sularda yeterince vardır .
Diğer Kimyasal Maddelerin Kaderi
Atık sudaki bir maddenin uzaklaştırılması için ya arıtma işlemi sırasında mikroorganizmalar tarafından metabolize edilmesi veya fizikokimyasal olarak çamurda adsorplanması gerekir . Arıtma sistemindeki mikroorganizma türleri yeterli hızla çoğalamıyorsa organik bileşiklerin pek çoğu mikrobiyal atağa uğrarlar . Kimyasal maddelerin biyodegrade olabilirlik ve işlenebilirliği 50li yılların ortalarında sentetik yüzey aktif maddeler ( deterjanlar ) ile ilgi çekmeye başlamıştır . İlk defa bu yıllarda akuatik çevrede bu düzeyde sentetik bileşik görüldü . Çünkü ilk kullanılan anyonik deterjan ( tetrapropilen- benzensülfonat ) arıtma işlemlerinde tamamen metabolize olamıyordu .
Çözünmeyen veya az çözünen biyokimyasal maddeler çözünenlerden daha kolay uzaklaştırılırlar . Partikül çapı küçüldükçe süspansiyondaki katılar daha hızlı metabolize olur .
Moleküler Yapı Aktivite İlişkisi
1 . Alifatik alkoller , aldehidler , karboksilik asitler ( mono ) , esterler aktif çamur tarafından kolaylıkla parçalanır .
2 . Nitritler , alkanlar , ketonlar , aminler , dikarbolik asitler zor parçalanır veya toksik etki gösterirler .
3 . Zincir uzunluğu da önemlidir . Uzun zincirli alifatik hidrokarbonlar ( C12den fazla ) düz zincirli alkilbenzensülfonatlardan 10-12 C içerenler 6-8 C içerenlerden daha kolay parçalanırlar .
4 . Dallanma derecesi arttıkça biyodegredasyon zorlaşır . C atomunda birden fazla metil grubu bulunması büyük bir sorun yaratır . Trimetilasetikasit uzun bir uyum süresi sonunda bir aktif çamur tarafından parçalanamaz .
5 . Aromatik halkaya metil , klor , nitro ve amino gruplarının girmesi biyodegredasyonu daha zorlaştırır . Ayrıca o- ve m- substitüe bileşikler p- izomerlerden daha zor parçalanırlar .
Multi Substratlar ve Türlerin İntegrasyonu
Uyum: Aktif çamur popülasyonunun yeni substratlara uyumu glukoz gibi substratların normalden yüksek konsantrasyonda bulunmaları durumunda kolaydır . Bu değişimin mekanizması henüz bilinmemekle birlikte tür kompozisyonunun enzimik adaptasyon veya mutasyondan daha hızla gerçekleştiği kabul edilmektedir . Operasyon koşulları ve etkileyicilerin kompozisyonu sabit kalmasına rağmen çamur popülasyonunun zamanla değişim gösterdiği tesbit edilmiştir .
Multi-Substratlar: Değişik substrat çiftleri ( Glc-Frc , Glc-butirat , Glc-Fenol ) Diauxieye sebep olurlar . Glukoz ( Glc ) her durumda ilk oksitlenendir , fakat olay yalnız genç hücrelerde görülür yaşlı hücrelerde görülmez . Yukarıdaki çiftler aktif çamurda sıralı bir tükenme göstermezler ve bazı durumlarda substratlardan her biri tek substrat durumuna göre daha yavaş tüketilir .
Sıralı tüketimin kanalizasyon suyu arıtma proseslerinde beklenmemesi gerekir . Fakat az sayıda yüksek konsantrasyonda substrat mevcudiyetinde arıtma işlemi çabuklaşır .
Polimerler: Bakteriler bazı durumlarda büyüme sırasında dışarıdan aldıkları substratları intraselüler polimerlere çevirirler . C:N ve C:P oranları anormal düzeyde yüksek ise bu polimerler oluşur . Çok az substrat varlığında veya metal iyonları stresi durumunda PHB yalnız intraselüler oluşur ve aktif çamurda kuru kütlenin %0 , 5-12 sini teşkil edebilir .
Aktif çamur ve birçok türlerde polisakkaritlerin durumu net değildir hem ekstrasellüler hem de intraselüler polimerler şeklinde oluşurlar . Ekstraselüler polimerler bakterilerin flokülasyonu ve floküle olmayan türlerin inkorporasyonu için önemlidir .
Biyokimyasal İndikatörler
Aktif çamurda bulunan bazı madde veya maddelerin aktivite indikatörü etkisi göstermeleri dikkat çekicidir . ATP değeri kinetik hızlarda büyüyen aktif çamurun oksidatif aktivitesi indikatör olarak kullanılmış fakat dehidrogenaz aktivitesi üzerinde izlemenin daha kolay olduğu tesbit edilmiştir .
Kirletilmiş Suların Ekolojisi
Su kirliliğinin ilk tanımı biyologlar tarafından akuatik hayatın türlerinin azalması ve sudaki doğal dengenin bozulması olarak verilmiştir . Bugün için geçerli olabilecek tanıma göre;”suya bazı şeylerin ilavesiyle doğal kalitesinin değişmesi sonucu suyun çevresinde oturanlar bu suyu kullanmazlarsa su kirlenmiş sayılır” . 1979 yılında Holdgate tarafından öne sürülen kirlilik tanımı ise:”insan tarafından çevreye bırakılan madde veya enerji insan sağlığına zarar veriyor , canlılar ve ekosistem için zararlı ve çevrenin doğal yapısını bozuyorsa bu bir kirlilik unsuru sayılır” şeklindedir .
Suyun kirliliğine neden olabilecek faktörleri şu ana başlıklar altında toplayabiliriz .
1 . Doğaya yabancı madde veya reaktiflerin atılması ( örneğin;sentetik pestisidler )
2 . Doğal bazı faktörlerin anormal düzeylere çıkması ( örneğin;yüksek fosfat konsantrasyonu ) .
3 . Sıcaklığın yükselmesi veya oksijen düzeyinin düşmesi .
Doğal Akuatik Ekosisteme Etkiyen Faktörler
Önce ekolojiyi ve ekosistemi genel anlamda tanımlayalım . Canlıların canlı ve cansız çevresi arasındaki ilişkilerini inceleyen bilim dalına “Ekoloji” denir . Ekosistem ise biyosfer ve canlılar alemini kapsayan bir sistemi ifade eder .
Ekosisteme etkiyen faktörler ötekolojik ( fiziksel ve kimyasal ) , sinekolojik ( biyolojik ) faktörler olarak iki grupta incelenir .
a ) Ötekolojik Faktörler: Suyun fiziksel özellikleri kendine teorik olarak benzeyen diğer moleküllerden çok farklıdır . 0°C sıcaklığında sıvıdır , +4°C de en yoğun haldedir , bu sıcaklığın altında veya üstünde yoğunluğu azalır . Bu nedenle su yüzeysel olarak donmakta ve donan su yani buz su katmanı üstünde yüzmektedir . Suyun yüzey geriliminin yüksek olması su-hava ara yüzeyinde bir organizma türünün yaşamasına olanak sağlar . Suyun ışığı geçirmesi su içinde yaşayan bitkilere fotosentez imkanı yaratır .
Su hareketleri de ekolojik bakımdan önemlidir . Gölet gibi lentik sular ile akıntılar ve nehirlerdeki lotik sular barındırdıkları canlılar bakımından önemli farklılıklar gösterirler . Lentik sularda derinlik ve termal tabakalaşma ekolojik parametredir . Lotik sularda ise akış hızı ve taban tabakanın yapısı çok önemlidir . ( kaya veya çamur tabanda barınan canlılar farklılık gösterecektir ) .
b . Sinekolojik Faktörler :Bütün doğal akuatik sistemlerde üretici , tüketici , ve dekompoze edici popülasyonlar bir arada bulunur . Lentik sulardaki ekosistem kapalı , lotik sulardaki ise açık karakterlidir . Sonuç olarak lotik sistemler girdikleri değişime çok duyarlıdırlar . Lentik sistemler ise daha az duyarlıdırlar ve yavaş reaksiyon gösterirler .
Su Kirliliğinin Ekolojik Sınıflandırılması
Su kirliliğini üç ana grupta toplayabiliriz:
a . Fiziksel kirlenme
b . Kimyasal kirlenme
c . Biyotik kirlenme
Ekolojik faktörlere bağlı olarak su kirliliği tipleri
Tip Faktör Atık su kaynakları
Fiziksel Dağılmış katılar Çimento , seramik , mikronize mineralleri
Bulanıklık Domestik ve endüstriyel atık sular .
Renk Boya ve tekstil sanayi
Yüzey özellikleri Deterjan , petrol , kauçuk sanayi
Sıcaklık Soğutma suları
Radyoaktivite Nükleer santraller
Kimyasal Salinite Kömür - tuz işletmeleri , petrol kuyuları
pH Çeşitli endüstriler
Toksisite Metal sanayi , boya sanayi , pestisid , herbizid , ilaç sanayi , film sanayi
Deoksijenasyon Kağıt fabrikası , demir-çelik fabrikaları
Biyotik Organik zenginleşme Kentsel atıklar , gıda sanayi , tekstil kağıt lastik sanayi , deri işletmeleri
İnorganik zenginleşme Kanalizasyon , tarım işletmeleri
( Bir ekosistemin şematik gösterilişi )
Fiziksel Kirlenme
İki etkiden kaynaklanır: Suyun fiziksel faktörlerinin değişmesi ve su tabakasının fiziksel
doğasının değişmesi .
a ) Dağılmış katılar , Bulanıklık ve Renk: Her üç etkiden suyun ışık geçirgenliği azaltarak etki gösterir . Sonuç olarak algler ve yeşil bitkiler yeterince gelişemez ve gıda zinciri etkilenir . Balık üretimi düşer . Sağanak yağışlar ve sellerden sonra nehirler çok miktarda çamur taşırlar ve bulanık akarlar . Bu koşullarda birçok balık türü uzun süre yaşayamaz .
Suda dağılmış olan katıların direk etkilerinden çok tabana çökelmeleri sonucu dipteki canlıları yok etmeleri ekosisteme zarar verir . İnorganik katıların zararları organiklerden fazladır . Çünkü organik katılar ( Kanalizasyon , kağıt fabrikası atıkları , tekstil sanayi atıkları ) nehir yataklarında birikirse bunlar bol miktarda solucan vb . organizmaları içereceğinden balıklar için besin olurlar .
Tekstil fabrikaları ve boya sanayi atıkları akarsuları renklendireceği gibi çeşitli atıkların su içinde etkileşmesi de renk oluşumuna sebep olabilir . Bitkisel deri tabaklama atıkları ile demir - çelik işletmeleri atık suya karışırsa koyu yeşilden mürekkep mavisine kadar değişik tonda bir renk oluşur . Rengin etkisi diğer kirleticilere kıyasla genelde düşüktür .
b ) Yüzey aktif maddeler: Sabunlar ve sentetik deterjanlar gibi yüzey aktif maddeler suya karıştığında yüzey gerilimi azaltır ve su-hava ara yüzeyindeki popülasyonu etkilerler . Sabunlar oldukça çabuk degredasyona uğrarlar ama deterjanlar çok önemli bir problem oluştururlar . Biyolojik degredasyona dirençli olduklarından ve özellikle 2 . Dünya savaşı sonrası yıllarda bu problem büyük boyutlara ulaşmaya başladı . Nehirlerin köpürerek aktığını gören kamuoyu tepki gösterdi .
Deterjanların varlığı aynı zamanda suyun havalanma hızını da düşürür ve organik atıkların neden olduğu kirliliğin daha yavaş yok edilmesi sonucunu doğurur . Bu etki özellikle ağır akan nehirlerde çok önemlidir . Deterjanlar; 5mg/1 nin üzerinde balıklar ve diğer akuatik canlılar için toksiktir . Toksikliğin kimyasal yapı ile önemli bir ilişkisi yoktur . Lauril sülfat ile dodesilbenzensulfonat aynı toksisikliğe sahiptir .
1959 - 1965 yılları arasında bakteriler tarafından parçalanan lineer alkil benzen sulfonat geliştirildi . Son olarak non - iyonik deterjanların geliştirilmesi atık su işlemlerinde su oranında deterjanın uzaklaştırılmasına olanak sağlamıştır .
c ) Sıcaklık: Bu problemin en önemli kaynağı sanayi soğuk sularıdır . Akarsuyun sıcaklığının birkaç derece değişmesi populasyonu çok etkiler Sıcaklık değişimi direk etkiden çok iyi etki olarak kendini gösterir .
Teorik olarak su sıcaklığının yükselmesi akuatik böcekler mevsimsel yaşantı çevrimini bozarlar . Ancak başka faktörlerinde gölgelediği bulunmuştur . Su sıcaklığının artması metabolik faaliyet ve üreme hızını arttırır . Endüstri soğutma sularının akarsulara karışması durumunda akarsuların ısınması sonucu balıkların hızlı ürediği de tespit edilmiştir .
d ) Radyoaktivite: Normal olarak yurtiçi sulardaki radyoaktiflik düşük düzeyde olmasına rağmen gıda zinciri yolu ile birikim konusudur . 137Cs , 88Sr , 32p bu açıdan özellikle önemlidir bu Alg Türlerinin suda radyoaktif elementleri çekip depoladığı görülmüştür . Bu algler zamanla tehlike oluştururlar .
KİMYASAL KİRLENME a ) Salinite ( Tuzlulık ) :Tatlı su organizmaları kendi sıvılarından daha düşük osmotik basınçlı sıvı ortamda yaşamaya uyum sağlamışlardır . Dışardan yapılacak şarj ile suyun iyonik kompozisyonundaki kantitatif ve oransal değişiminde toksik etkilere sebep olur . Özellikle tuz ve kömür madeni ve petrol kuyuları atık suları problem yaratır . Bu sularda salamura karidesi , tuz sineği ve rotiferler ve diatomelertek hücreli bir çeşit deniz otu ürer .
b ) pH: ph 5 , 0-9 , 0 arasında ise genelde ekosisteme direk bir etki söz konusu değildir ama indirek etki daima daha önemlidir . Örneğin pH 7 , 0 den 8 , 0 e çıktığında amonyağın balıklara karşı toksisitesi 10 kat artar . Uluslararası boyutlarda büyük bir problem de asit yağmurlarıdır . Kükürt bileşikleri atmosfere;volkanlardan , proteinlerin bozunmasından , fosil yakıtların yakılmasıyla ve kimya sanayi atıklarından geçer . Yağmur damlalarında çözünen SO3 ve SO2 sülfirik ve sülferöz asitleri formunda suya ve toprağa ulaşır . Özellikle İskandinav ülkeleri asit yağmurlarından çok etkilenmektedir .
c ) :Toksisite ( Zehirlilik ) : Toksik kirlenme ekosistemdeki canlı türünü ve sayısını etkiler . Bazı türlerin direnci düşüktür ve çok çabuk azalır ve yok olabilirler . Buna karşı bazı sülükler ise DDTye yüksek bir toleransgösterirler . Bu hayvanların DDTyi toksik olmayan DDE formuna dönüştürdükleri bulunmuştur .
Zehirlerin toksik etkileri aşağıdaki gruplarda toplanabilirler .
1 . Letal ( direk öldürücü zehirleme )
2 . Subletal ( büyüme ve üremeyi etkileme )
3 . Akut ( kısa sürede genellikle ölüm )
4 . Kronik ( uzun sürede letal veya subletal )
5 . Akümulatif ( birikerek etki gösterir )
Bir maddenin akut toksisitesi LC50 ile verilir ki test hayvanlarının yarısını belirlenen deneme süresinde ( örneğin 24 , 48 veya96 saat ) öldüren konsantrasyondur .
( Tipik mortalite konsantrasyon eğrisi )
d ) Deoksijenasyon: Suyun deoksijenasyonunda etkin olarak atık demir cevheri işletmeleri atık suları ve sülfürlü atık suları ölçülür . Deoksijenasyonun doğrudan ölçümü zordur ve çözünmüş oksijen vasıtası ile izlenir[LC50 ( oksijen için ) yüksek sıcaklıklarda ve yüksek CO2 konsantrasyonunda artış gösterir] .
Biyotik Etkiler
Sulara yapılan yükleme sonucu nitruent oranının artışı ile suyun popülasyon dengesinde bozulmalar ortaya çıkar . Ortamdaki kirlilikler ekosistemin heterotrofik komponentlerinde artışa sebep olur . Buna karşılık N ve P gibi bitki nitruentlerinin fazlalığı ekosistemde komponentlerde artışa neden olur ve buna ötrofikasyon denir . Ötrofikasyon balık üretimini arttırır . Bu açıdan bakıldığında kirlenme ile aynı anlamda almamak gerekir .
a ) Organik Kirlenme: Organik kirlenme ekosistemi başlıca şu şekilde etkiler .
1 . Nitruent durumunun değişmesi
2 . DO ve CO2 konsantrasyonlarının değişmesi .
( Organik kirlenme ve ötrofikasyon sonucu ekosistemin etkilenmesi )
Nitruent Durumunun Değişmesi: Organik kirlenme heterotrofik mikrobiyal popülasyonda artışa sebep olur . Bentik organizmaların artışı akaarsu yatağında beyaz bir sümüksü tabakanın oluşması ile kendini gösterir . Özellikle kanalizasyon atıklarının karıştığı sularda çok çeşitli besin maddesi ve büyüme faktörüne raslamak mümkün olduğundan her tür mikroorganizmanın üremesi beklenebilir .
Çözünmüş Oksijen ( DO ) ve CO2 Konsantrasyonunun Değişmesi:
Popülasyon ve dekompoze edici mikroorganizmaların artması doğal olarak O2e ihtiyacı artıracaktır . Bu durum suda çözünmüş oksijenin gittikçe azalması sonucunu doğurur . Bu düşüşü etkileyen elbette ortamdaki organik nitruetlerdir ve bunların düzeyi BOD üzerinden hesaplanır . Sonuçta CO2 oranı artar ve bu da ortamın pHını değiştirir . Akuatik organizmaların çoğu solunum için O2e ihtiyaç duyarlar ve düşük O2 ve yüksek CO2 konsantrasyonlarına toleransla sınırlıdır .
Nitruent durumu ve çözünmüş gazların konsantrasyonundaki değişmeler akarsu tabanındaki doğal bentik alemin dekompoze edilmesi alemle değişimi ve böylece kendi kendine temizleme “self-purification” denilen olay gerçekleşir .
Kendi Kendini Temizleme ( Self-Purification ) : Akarsuyun kendi kendini temizlemesinde kirlilik kaynağına olan uzaklığa ve akarsuyun akış hızına bağımlı olarak değişik organizma türleri görev alırlar .
b . Ötrofikasyon: Organik kirlenmelere hedef olan su kaynakları daha çok akarsular iken ötrofikasyon daha çok göl ve gölet yakınında kendini göösterir . Ötrofikasyon çok uzun bir sürede gelişir fakat insan aktiviteleri bu olayı hızlandırmaktadır . Günümüzde çeyrek asırda bile ötrofikasyonun ortaya çıktığı göller mevcuttur . Tarımsal ve kentsel atıklar ile göllere ulaşan fosforun Nisan-Ağustos periyodundadır . Klasik ve biyolojik su arıtma işlemi atık suyun BOD düzeyini düşürmeye yöneliktir .
Ötrofikasyonun neden olduğu ekolojik değişimler iki basamakta incelenir .
Biyotanın Değişimi:
Fitoplankton çoğalması bulanıklık ve renklenmeye ve yaz aylarında evcil hayvanlar ve balıklar için toksik olan algal ürünlerin oluşmasına sebep olur . Bu suları içerlerse hayvanların süt verimi düşer . İnsanlarda ise bağırsak hastalıkları ve alerjik reaksiyonlar gözlenir . Fitoplanktonlar atık su arıtma tesislerinin masraflarını artırırlar . Hızla akan akarsularda fitoplanktonlar problem olmaz .
Çözünür Gazların Konsantrasyonundaki Değişmeler: Göllerin özellikle yüzeye yakın tabakalarında ışık geçirgenlik problemi olmadığından fotosentez rahat yürür ve fitoplanktonların fotosentetik aktiviteleri sebebiyle gündüzleri bu su tabakalarında O2 bakımından aşırı doygunluk söz konusudur . Geceleri ise solunum sebebiyle O2 tüketilir ve gündüz-gece rejiminde O2 konsantrasyonu salınımı çok büyüktür . Aynı şeyi C02 içinde söyleyebiliriz ki bu durum pH değişiminde beraberinde getirir . Bu aşırı konsantrasyon salınımını adapte olamayan ve ölen organizmalar göl dibinde toplanır ve dekompozisyon sırasında oksijen tükettiklerinden dipte O2 konsantarasyonu düşüktür .
Kirlenme Kontrolünde Biyoteknolojinin Yeri:
Domestik ve Endüstriyel atıkların akuatik çevredeki ekolojik etkileri çok farklılık gösterir . Kanalizasyon atıkların sebep olduğu kirlenmenin kontrolü ve tespiti için geliştirilen standart yöntemleri endüstriyel ve tarımsal atıklar için uygulamak mümkün değildir .
Kirliliği önleme işlemlerinin çoğu insan sağlığı uygun kaliteden ziyade akuatik çevrenin korunmasına yöneliktir . Bu sebeple kanalizasyonun etkileri E . coli sayımından çok BOD vasıtasıyla tesbit edilir .
Biyotik tip su kirlenmesinin kontrolü biyolojik işlemlerle yapılır . Ayrıca önemli bazı toksinler biyolojil olarak parçalanabilirler . Katı partiküllerin uzaklaştırılmasında biyolojik aktif yüzeylerden faydalanılır . Atık su deşarjlarının akuatik çevreye etkisinin tesbitinde bazı balıklar ile yapılan biyotestler direk ve önemli bilgiler verir .
Biyolojik atık su arıtma sistemleri aerobik ve anaerobik olabilir . Anaerobik arıtma daha çok biyogaz üretimine uygun atık sulara özellikle yüksek düzeyde organik madde içeren sulara uygulanır .
Sitemizde yer alan tüm içerikler internet ortamından toplanmış ve derlenmiştir. Yer alan bilginin doğruluğu garanti edilmemektedir. Yanlış bilgi için tarafımıza sorumluluk yüklenemez. Yanlış bilginin doğuracağı etkenlerden sitemiz ve yöneticileri sorumlu tutulamaz.
vuhuv.com.tr