Karışık karbon kaynağı ortamının nişasta giderim performansı ve bakteriyel kompozisyon üzerine etkisi

Yıl 2011, Cilt: 21 Sayı: 2, 37 - 46, 31.12.2011

Aslı Seyhan Çığgın Mauro Majone Derin Orhon

Öz

Evsel atıksuların arıtımında yaygın olarak kullanılan aktif çamur sistemlerinin başlıca kirletici parametre olan karbon kaynağının giderim performansı açısından değerlendirilmesi, sistemin en uygun tasarım kriterlerinin belirlenmesi açısından büyük önem taşımaktadır. Bu konuda yürütülen çalışmalarda, evsel atıksuların içeriğini yansıtacak şekilde seçilen tek bir karbon kaynağı model substrat olarak kullanılmaktadır. Fakat farklı karbon kaynaklarının bir arada veya ayrı ayrı arıtılmaları mikrobiyal dinamikler doğrultusunda farklı giderim performansları elde edilmesine neden olabilmektedir. Bu kapsamda, çalışmanın amacı evsel atıksuların karbonhidrat içeriğini yansıtan ve
hedef karbon kaynağı olarak ele alınan nişastanın, başka bir karbon kaynağı ile beraber aktif çamur sisteminde arıtılması durumunda, giderim veriminde ve bakteriyel komposizyonda oluşabilecek farklılıkların tespit edilmesidir. 2 farklı çamur yaşında işletilen sistemde, ikincil karbon kaynağı olarak evsel atıksu kompozisyonun büyük bir kısmını oluşturan uçucu yağ asitlerini temsilen asetat seçilmiş ve bu sayede farklı giderim mekanizmaları ile giderilen farklı yapıdaki karbon kaynaklarının birbirlerine etkileri araştırılmıştır. Elde edilen veriler, 8 gün çamur yaşında nişasta giderim performansının, ortamda asetatın bulunmasından etkilendiğini ancak, 2 gün çamur yaşında karışık
karbon kaynağı ortamının nişasta giderim performansı bakımında önemli bir etkisi olmadığını göstermiştir. Farklı koşullarda işletilen reaktörlerde bulunan baskın türlerin Flüoresanlı yerinde hibritleşme tekniği (FISH) yöntemi ile analizi sonucunda, 8 gün çamur yaşında karışık karbon kaynağı ortamının sadece mikrobiyal aktivite üzerinde değil aynı zamanda mikrobiyal seleksiyon üzerinde de etkisi olduğunu göstermiştir. Ayrıca, deneysel sonuçlar, çamur yaşının sistem performansı ve bakteriyel kompozisyon üzerinde etkili bir parametre olduğunu ve bu nedenle aktif çamur tesislerinin tasarımında öncelikli olarak ele alınması gerektiğini ortaya koymuştur.

Anahtar Kelimeler

Nişasta, karşıık karbon kaynağı, karbon kaynağı giderim kinetiği, FISH, aktif çamur sistemi

Kaynakça

• Amann, R.I., Binder, B.J., Olson, R.J., Chisholm, S.W., Devereux, R., Stahl, D.A., (1990). Combination of 16S rRNA-targeted oligonucleotide probes with flow cytometry for analyzing mixed microbial populations, Applied and Environmental Microbiology, 56, 1919-1925.
• Carta, F., Beun, J.J., van Loosdrecht, M.C.M., Heijnen, J.J., (2001). Simultaneous storage and degradation of PHB and glycogen in activated sludge cultures, Water Research, 35, 2693-2701.
• Çığgın, A.S., Orhon, D., Rossetti, S., Majone, M. (2011). Effect of feeding and sludge age on acclimated microbial ecology and fate of slowly biodegradable substrate, Bioresource Technology, 102, 7794-7801.
• Dionisi, D., Majone, M., Tandoi, V., Beccari, M., (2001). Sequencing batch reactor: Influence of periodic operation on performance of activated sludges in biological wastewater treatment, Industrial & Engineering Chemistry Research, 40, 5110-5119.
• Dionisi, D., Majone, M., Papa, V., Beccari, M., (2004). Biodegradable polymers from organic acids by using activated sludge enriched by aerobic periodic feeding, Biotechnology and Bioengineering, 85, 569-579.
• Doshi, P., Venkatesh, K.V., (1998). An optimal strategy to model microbial growth in multiple substrate environment - simultaneous and sequential utilization, Process Biochemistry, 33, 663-670.
• Ellis, T.G., Smets, B.F., Grady, C.P.L.Jr., (1998). Effect of simultaneous biodegradation of multiple substrates on the extant biodegradation kinetics of individual substrates, Water Environment Research, 70, 27-38.
• George, S.E., Costenbader, C.J., Melton. T., (1985). Diauxic growth in Azotobacter vinelandii, Journal of Bacteriology, 164, 866-871.
• Goel, R., Mino, T., Satoh, H. and Matsuo, T., (1998). Intracellular storage compounds, oxygen uptake rates and biomass yield with readily and slowly degradable substrates, Water Science and Technology, 38, 85-93.
• Gorke, B., Stülke, J., (2008). Carbon catabolite repression in bacteria: many ways to make the most out of nutrients, Nature Reviews Microbiology, 6, 613-624.
• Grady, C.P.L., Jr., Gaudy, A.F., Jr., (1969) Control mechanisms operative in a natural microbial population selected for its ability to degrade L- lysine-I-Effects of carbohydrates in continuous flow systems under shock load conditions, Applied Microbiology, 18, 790-797.
• Gujer, W., Henze, M., Mino, T., van Loosdrecht, M.C.M., (1999). Activated sludge model no.3, Water Science and Technology, 39, 183-193.
• ISO 6060, (1986). Water quality-determination of the chemical oxygen demand, International Standards Organization, Switzerland.
• Karahan, O., Martins, A., Orhon, D. and van Loosdrecht, M.C.M., (2005). Experimental evaluation of starch utilization mechanism by activated sludge, Biotechnology and Bioengineering, 93, 964-970.
• Karahan, O., Orhon, D. and van Loosdrecht, M.C.M., (2008). Simultaneous storage and utilization of polyhydroxyalkanoates and glycogen under aerobic conditions, Water Science and Technology, 58, 945-951.
• Katipoglu, T., Cokgor, E.U., Insel, G., Orhon, D., (2010). Response of mixed microbial culture to 2,6-dihydroxybenzoic acid and peptone mixture at low sludge age-effect of culture history, Journal of Environmental Science and Health Part A-Toxic/Hazardous Substances & Environmental Engineering, 45, 875-882.
• Lin, E.C.C., (1996). Dissimilatory pathways for sugars, polyols and carboxylates, In: Escherichia coli and Salmonella: Cellular and molecular biology, 2nd ed., ASM Press, Washington, DC, 307-342.
• Loy, A., Schulz, C., Lücker, S., Schöpfer-Wendels, A., Stoecker, K., Baranyi, C., Lehner, A., Wagner, M., (2005). 16S rRNA gene-based oligonucleotide microarray for environmental monitoring of the betaproteobacterial order Rhodocyclales, Applied and Environmental Microbiology, 71, 1373-1386.
• Matsuzawa, Y. ve Mino, T., (1991). Role of glycogen as an intracellular carbon reserve of activated sludge in the competitive growth of filamentous and non-filamentous bacteria, Water Science and Technology, 23, 899-905.
• Monod, J., (1942). Recherches sur la croissance des cultures bacteriennes, Hermann et Cie, Paris, France.
• San Pedro, D.C., Mino, T., Matsuo, T., (1994). Evaluation of the rate of hydrolysis of slowly biodegradable COD (SBCOD) using starch as substrate under anaerobic, anoxic and aerobic conditions, Water Science and Technology, 30, 191-199.
• Smolders, G.J.F., van der Meij, J., van Loosdrecht, M.C.M., Heijnen, J.J., (1994). Model of the anaerobic metabolism of the biological phosphorus removal process: stoichiometry and pH influence, Biotechnology and Bioengineering, 43, 461-470.
• Stanier, R.Y., Adelberg, E.A., Ingraham. J., (1976). The microbial world, 4th ed., 284. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N.J.
• Standard Methods, (1995). Standard methods for the examination of water and wastewater, 19th ed., American Public Health Association/American Water Works Association/Water Environment Federation, Washington, DC.
• Tauchert, K., Jahn, A., Oelze, J., (1990). Control of diauxic growth of Azotobacter vinelandii on acetate and glucose, Journal of Bacteriology, 172, 6447-6451.
• Wendisch, V.F., De Graaf, A.A., Sahm, H., Eikmanns, B.J., (2000). Quantitative determination of metabolic fluxes during coutilization of two carbon sources: Comparative analyses with Corynebacterium glutamicum during growth on acetate and/or glucose, Journal of Bacteriology, 182, 3088-3096.
• Xia, Y., Kong, Y., Nielsen, P.H., (2008). In situ detection of starch-hydrolyzing microorganisms inactivated sludge, FEMS Microbiology Ecology, 66, 462-471.