Atıksu arıtımında membran filtrasyon performansının arttırılmasında Bdellovıbrıo bacteriovorus 'un biyofilm giderme etkisinin araştırılması
Investigation of biofilm removal effect of Bdellovibrio bacteriovorus for enhancing membrane filtration performance in wastewater treatment
Yazar: HİLAL YILMAZ
Danışman: PROF. DR. MELEK ÖZKAN
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering

Özet:
Mikrobiyel tutunma temelli biyoteknolojik uygulamalar birçok alanda yaygın kullanılmasına karşın biyofilm oluşumunun çevre, endüstriyel uygulamalar ve canlı sağlığına negatif etkiler yarattığı durumlar da bulunmaktadır. Atıksu arıtımında ise biyofilm oluşumu filtrasyonla arıtımda kullanılan membranların tıkanmasına dolayısıyla kullanım ömürlerinin kısalmasına neden olmaktadır. Biyofilm oluşumunun önlenmesi amacıyla fiziksel, kimyasal veya biyolojik çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında Gram (-) bakterileri besin olarak kullanan Gram (-) avcı bir bakteri olan Bdellovibrio bacteriovorus'un aktif çamur bakterilerinin oluşturduğu biyofilm tabakayı giderme potansiyeli araştırılmıştır. Canlı B. bacteriovorus hücrelerinin yanısıra litik enzimler içeren hücre özütlerinin de biyofilm giderme etkisi incelenmiştir. Farklı pH, sıcaklık ve mineral konsantrasyonu, farklı besiyerleri denenmiş, 8-8.8 pH, 29.5C sıcaklık ve 5mM CaCI2, 0,1mM MgCI2 mineral konsantrasyonlarının B. bacteriovorus'un yüksek aktivitesi için optimum olduğu bulunmuştur. Biyofilm giderme etkisi ise öncelikle E. coli hücrelerinin oluşturduğu biyofilm üzerinde denenmiştir. 96 kuyucuklu polisitren plakalarda oluşturulan biyofilm tabaka üzerine B. bacteriovorus hücre kültürü eklenmiş ve inkübasyondan sonra kalan biyofilm kalınlığını krsital violet yöntemiyle ölçülmüştür. Yapılan çalışmalar sonucunda B. bacteriovorus hücrelerinin E. coli biyofilmini %66, B. bacteriovorus'un çamur bakterileri tarafından (gerçek atıksu kullanılarak) oluşturulan biyofilmi ise %22.2 oranında giderdiği tespit edilmiştir. Hücre özütünün çamur bakterileri tarafından oluşturulan biyofilmi inhibisyon etkisi %39 olarak ölçülmüştür. Son olarak atıksu arıtımında kullanılan membran üzerinde birikmiş olan biyofilm tabaka B. bacteriovorus hücre özütü ile yıkanmış ve bu uygulamanın membran performansına etkisi ölçülmüştür. Tamponla yıkanan kontrol membranına kıyasla B. bacteriovorus ile yıkanan membranda 12.44 L/m2.h'lik iyileşme akıda gözlemlenmiştir. Sonuçlar B. bacteriovorus'un aktif çamur bakterilerinin membran yüzeylerinde oluşturduğu biyofilm tabakanın gideriminde kullanım potansiyeli olduğunu göstermektedir.

Abstract:
Although biotechnological applications based on microbial attachment are commonly used in many fields, formation of biofilm creates negatives effects on the environment, industrial applications and health of the living organisms. In treatment of wastewater, the formation of biofilm on membrane surface causes fouling of the membrane and decreases membrane lifetime. A variety of physical, chemical, and biological methods are being used to prevent the formation of biofilm. The potential of Bdellovibrio bacteriovorus to remove the biofilm layer formed by active sludge bacteria is investigated in this thesis study. The effect of cell extracts that contain lytic enzymes as well as the effect of living B. bacteriovorus cells on removal of biofilm is investigated.In this study effect of pH's, temperatures and mineral concentrations are tested, and it was found that 8-8.8 pH, 29.5°C temperature and mineral concentrations of 5mM CaCI2, 0,1mM MgCI2 are optimum for B. bacteriovorus to acquire a high activity. Effect of B. bacteriovorus on removal of biofilm was firstly tried on the biofilm that was formed by E. coli cells. Cell culture of B. bacteriovorus was added on biofilm layers that are made on 96-well polystyrene plates, and the thickness of the biofilm layer remained after incubation was determined with crystal violet method. According to the results of the study, it was determined that B. bacteriovorus cells remove the E. coli biofilm at a ratio %66, and the biofilm formed (using real wastewater) by sludge bacteria at a ratio of %22.2. The effect of cell extract to inhibit the biofilm formed by sludge bacteria was measured to be %39. Finally, the biofilm layer, which accumulated on the membrane surface was used for wastewater filtration, was washed B. bacteriovorus cell extract, and the effect of this application on the performance of membrane was measured. Membrane washed  B. bacteriovorus, 12 L/m2.h improvement was observed in flux as compared the control membrane. The results show that B. bacteriovorus has a potential of being used in the removal of biofilm layer formed by active slduge bacteria formed on membrane surfaces.