Doğal ortamdaki fizikokimyasal şartların ağır metal biyosorpsiyonuna etkisi
Effect of physicochemical conditions on heavy metal biosorption in natural environments
Yazar: SEVGİ DEMİREL
Danışman: PROF. DR. BEYZA ÜSTÜN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Ağır metal giderimi = Heavy metal removal ; Biyobirikim = Bioaccumulation ; Biyosorpsiyon = Biosorption ; Cyanobacteria = Cyanobacteria ; Küçükçekmece Gölü = Küçükçekmece Lake

Özet:
Küçükçekmece Gölü birçok endemik türü bünyesinde barındıran, dünyadaki doğal lagün göllerinden birisidir. Küçükçekmece Gölü'nde yapılan su kalitesi izleme çalışmalarında, su ve sediment yapıda önemli konsantrasyonlarda demir, bakır ve çinko metallerine rastlanmıştır (Üstün vd.2005). Bu çalışmada, Küçükçekmece Gölü'nden, ötröfikasyon döneminde alınan su örneklerinden izole edilen siyanobakteri izolatlarının Fe+2, Cu+2 ve Zn+2 metallerini biyosorpsiyonu/biyobirikimi incelenmiştir.Bu çalışmada önce, gölden izole edilmiş 5 siyanobakteri izolatının, Fe+2, Cu+2 ve Zn+2 metallerinin 1-20 ppm konsantrasyonunda, 14 günlük periyotta klorofil-a ölçümü yapılarak gelişim eğrileri çıkarılmıştır. Ayrıca probit analizi ile metallerin izolatlar üzerine toksisite konsantrasyonları belirlenmiştir. Bu çalışmalar sonucunda, Synechocystis sp. E35 izolatının her üç metale de diğer izolatlara göre daha fazla dirençli olduğu saptanmıştır.Genellikle alıcı ortamlarda birden fazla metal bir arada bulunmaktadır. Bu çalışmada E35 izolatının, Fe+2, Zn+2 ve Cu+2 metallerinin tekli, ikili ve üçlü karışımlarında biyosorpsiyon/biyobirikim kinetiği, bakterinin optimum gelişme koşullarında (23 °C, pH 7) irdelenmiştir.Tekli metallerle yürütülen, biyosorpsiyon/biyobirikim denemeleri sonuçları incelendiğinde, sudan (duru fazdan) hücre yüzeyine metallerin geçiş hızı sırasıyla; Cu+2 > Zn+2 > Fe+2; hücre yüzeyinden hücre içine metal geçiş hızı ise, Fe+2>Cu+2 > Zn+2 şeklinde sıralanmaktadır.İkili metal çözeltilerinde, sudan hücre yüzeyine metal geçiş hızı sıralaması Zn+2 >Cu+2 > Fe+2; hücre yüzeyinden hücre içine geçiş hızı ise Fe+2 > Cu+2 > Zn+2 şeklinde sıralanmaktadır.Üç metalin bir arada bulunması halinde, sudan hücre yüzeyine metal geçiş hızı sıralamasının Zn+2 ? Fe+2 >Cu+2 olduğu görülmektedir. Hücre yüzeyinden hücre içine geçiş hızı ise Fe+2 >Zn+2>Cu+2 şeklinde sıralanmaktadır.Dirençli izolatın doğal ortamdaki davranışlarına yaklaşımlar yapabilmek amacıyla; Küçükçekmece Göl'ünden alınmış doğal su örneğiyle biyosorpsiyon/biyobirikim denemeleri yapılmıştır. Çalışmanın bu aşamasında da dirençli izolatın, en çok Fe+2 iyonlarını, daha sonra Cu+2 ve en az Zn+2 iyonlarını hücre içine aldığı görülmüştür.Synechocystis sp. (E35) izolatı ile yapılan Fe+2, Zn+2 ve Cu+2 denemeleri sonucunda, biyosorpsiyonun hem Freundlich hem de Langmuir izoterm modeline uyduğu görülmektedir.Fe+2, Cu+2 ve Zn+2 metallerinin, Synechocystis sp. (E35) izolatının morfolojik yapısında meydana getirdiği değişiklikler ve izolatın bu metallere karşı oluşturduğu savunma mekanizmaları, elektron mikroskobu görüntüleri ile ortaya konulmuştur. 10 ppm Fe+2'e maruz bırakılan Synechocystis sp. (E35) izolatına ait elektron mikroskobu görüntülerinde, hücre dışı polisakkarit (HDP) yapılar gözlemlenmiştir. 10 ppm Zn+2 ve 5 ppm Cu+2 iyonları ise Synechocystis sp. (E35) izolatında, demirde görüldüğü kadar yoğun olmamakla birlikte, hücre dışı polisakkarit oluşumuna sebep olmuştur.

Abstract:
Küçükçekmece Lake is one of the natural lagoon lakes in the world that contains various endemic species inside of it. In Küçükçekmece Lake, heavy metal observations are done in water and sediment structure and high amounts iron, copper and zinc metals are found (Ustun et al., 2005). Biosorption/bioaccumulation characteristics of cyanobacteria that are isolated from Küçükçekmece Lake in the period of eutrophication is researched.In this study, firstly; resistance of five cyanobacteria species that isolated from Küçükçekmece Lake are investigated against Fe+2, Cu+2 ve Zn+2 metals. As a result of resistance study, E35 (Synechocystis sp.) coded isolate is observed as the most resistant isolate. Growth curve of E35 coded isolate is drawn by chlorophyll measurement in metal containing medium.Generally in receiving body, a lot of metals have been found together. Fort this purpose, biosorption/bioaccumulation kinetics of cyanobacteria is investigated in single, double and ternary metal mixtures of Fe+2, Cu+2 ve Zn+2 at optimum growth conditions (23 °C, pH 7).When single biosorption/bioaccumulation experiment set is examinated, metal transfer speed from water to cell surface is Cu+2 > Zn+2 > Fe+2, and metals transfer speed from cell surface to cell inside is Fe+2>Cu+2 > Zn+2.In double metal solutions, metal transfer speed from water to cell surface is Zn+2 >Cu+2 > Fe+2 respectively, and metals transfer speed from cell surface to cell inside is Fe+2 > Cu+2 > Zn+2 respectively.In ternary metal mixtures, it is observed that metal transfer speed from water to cell surface is Zn+2 ? Fe+2 >Cu+2 respectively, and metals transfer speed from cell surface to cell inside is Fe+2 >Zn+2>Cu+2 respectively.In order to make approaches to behaviors of resistant isolate in its natural habitat, biosorption/bioaccumulation studies have done with the natural water examples that are taken from Küçükçekmece Lake. In this period of resistant isolate, it has been found that mostly Fe+2 then Cu+2 and Zn+2 ions are taken in to the cell.As a result of Fe+2, Zn+2 ve Cu+2 experiments that have done with Synechocystis sp. (E35) isolate, it has been found that biosorption is both suitable for Freundlich and Langmuir isotherm models.Differences that have done E35 isolate morphological structures and Synechocystis sp. (E35)?s defense system that is formed against Fe+2, Zn+2 and Cu+2 metals have shown by electron microscopy images. In the electron microscopy images of E35 exposed to 10 ppm Fe+2, exopolysaccharide structures (EPS) are observed. 10 ppm Zn+2 and 5 ppm Cu+2 ions caused EPS forming but not much as iron.