Manyetik kitosan kil boncuklar üzerine immobilize edilmiş peroksidaz enzimi ile serbest peroksidaz enziminin karşılaştırılması ve çöp sızıntı suyu anaerobik membran biyoreaktör (AnMBR) çıkış suyuna uygulanması
Comparison of peroxidase enzyme and free peroxidase enzyme immobilized on magnetic chitosan clay beads and application to waste leakage anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) outlet water
Yazar: İREM AYRANPINAR
Danışman: PROF. DR. KEVSER CIRIK
Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Anaerobik = Anaerobic ; Kitosan = Chitosan ; Membranlar = Membranes ; Peroksidaz = Peroxidase ; İmmobilizasyon = Immobilization

Özet:
İnsanların yaşamı süresince oluşan evsel katı atıklar, atık yönetiminin en önemli parçalarından biridir. Atık yönetiminin ideal bir şekilde yapılabilmesi için sürdürülebilir olması gereklidir. Katı atıkların bertarafında her ne kadar ileri teknolojiler kullanılsada nihai bertarafı sağlamak için düzenli depolama sahalarının gereksinimi devam etmektedir. Düzenli depolama sahaları evsel katı atık yönetiminde kullanılan en yaygın bertaraf yöntemi olarak bilinmektedir. Bu tesislerde oluşan en büyük sorunlardan biri çöp sızıntı sularıdır. Çöp sızıntı suları, yüksek kirletici konsantrasyonu içeren kompleks yapıya sahip arıtımı zor atıksulardır. Bu sebeple günümüzde çöp sızıntı suyu arıtımı için birçok yöntem denenmektedir. Çöp sızıntı sularınının sadece bir biyolojik prosesle arıtılması pek mümkün değildir. Birkaç arıtma yönteminin bir arada kullanılması tercih edilmektedir. Son yıllarda, ileri arıtım ya da ön arıtım prosesi olarak immobilizasyon yöntemi yaygın olarak kullanılmaktadır. Enzim immobilizasyonu; enzimlerin özelliklerinin iyileştirilmesi, birçok enzimin bir arada kullanılması, optimum şartlar altında yüksek giderim verimi, ortamdan kolay uzaklaştırılması gibi özelliklerinden dolayı tercih edilmektedir. İmmobilizasyon yöntemini etkileyen faktörlerden bazıları pH, sıcaklık ve seçilen destek malzemesinin özellikleridir. Destek malzemeleri; desteğe bağlananenzimlere yüksek stabilite, elverişlilik, nispeten düşük fiyat ve yüksek afinite (çekim gücü) sağlayan malzemelerden seçilmelidir. Genel olarak klasik destek malzemesi ve yeni destek malzemesi olarak 2 şekilde sınıflandırılır. Klasik destek malzemeleri iyi derecede termal ve kimyasal stabilite ve ayrıca mükemmel mekanik direnç ile karakterize edilir. Bu malzemeler aynı zamanda iyi gelişmiş gözenekli yapılarının bir sonucu olan iyi soğurma özelliği ve etkili enzim immobilizasyonu için çok sayıda temas bölgesi sağlayan genellikle yüksek yüzey alanlarıyla da bilinmektedir. Klasik destek malzemesine örnek olan kitosan; düşük toksisiteye sahip olması ve çevre dostu biyolojik olarak kolay parçalanabilir özellikte olması gibi nedenlerden dolayı öne çıkan bir destek malzemesidir. Yeni destek malzemeleri sadece etkili enzim bağlanmasına izin vermekle kalmaz, aynı zamanda immobilizasyon sonucu ortaya çıkan biyokatalitik sistemlerin uygulanabilirliğini de arttırır. Örneğin manyetik nanopartüküllerin manyetik alan oluşturarak kolay bir şekilde ortamdan uzaklaştırılması, yeniden kullanıma kolaylık sağlaması ve geniş yüzey alan sunmasından dolayı immobilizasyonda tercih edilen destek materyali olmuştur.
Bu tez çalışmasında Fe3O4manyetik nanopartiküller oluşturulmuştur. Daha sonra kitosan pulları ve kil ile belirli oranlarda karıştırılarak manyetik kitosan kil boncuklar elde edilmiştir. Kitosan kil boncukların yapısı ve morfolojisiFourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopi (FTIR), Termogravimetrik analiz (TGA), Taramalı elektron mikroskobu (SEM), X-ışını kırınım yöntemi (XRD)analizleri ile karakterize edilmiştir. Peroksidaz enzimiglutaraldehit ile kovalent bağlanma ile hazırlanmıştır. Hazırlanan enzim manyetik kitosan kil boncuklara immobilize edilmiştir. İmmobilize edilen enzimin fiziksel, kimyasal ve biyokimyasal özellikleri incelenmiştir ve daha sonra çöp sızıntı suyu arıtımı yapan anaerobik membran biyoreaktör çıkış suyuna uygulanıp arıtımın daha ileri bir seviyeye taşınması hedeflenmiştir. Yapılan çalışmada optimum pH 3, sıcaklık 35⁰C, seyreltme oranı 1/4 olarak belirlenmiştir. Optimum koşullarda KOİ ve renk giderim verimleri sırasıyla %76 ve %89 olarak elde edilmiştir. Buna karşılık gelen konsantrasyonlar ise 1204 mg/L ve 750 Pt-Co'dır.

Abstract:
Domestic solid waste, which is for medduring the life of people, is one of the most important parts of waste management. In order for waste management to be carried out in an ideal way, it must be sustainable. Although advanced technologies are used in the disposal of solid wastes, the need forsanitary landfills continues to ensure final disposal. Landfills are known as the most commondisposal methodused in domestic solid waste management. One of the biggest problem so ccurring in thesefacilities is garbage leachate. Landfill leachate is complex wastewater containing high pollutant concentration and difficult to treat. For this reason, many methods are being tried today for the treatment of waste leachate. It is not possible to treat garbage leachate with only one biological process. It is preferred to use several purification methods together. In recent years, the immobilization method has been widely used as an advanced treatment or pretreatment process. Enzyme immobilization; improving the properties of enzymes. It is preferred because of itsfeaturessuch as using many enzymes together, high removal efficiency under optimum conditions, and easy removal from the environment. Some of thefactors affecting the immobilization method are pH, temperature and the characteristics of the selected support material. Selection of supportmaterials; It should be selected from materials that provide high stability, availability, relatively low price, and highaffinity (attraction) totheenzymes attached to the support. Generally, it is classified in 2 ways as classicalsupport material and new support material.
Conventional support materials are characterized by good thermal and chemical stability as well as excellent mechanical resistance. These materials are also known fortheirgoodabsorbency as a result of their well developed porous structure and generally high surface areas which provide multiple contact zones for efficient enzyme immobilization. Chitosan, which is an example of a classical support material; It is a prominent supportmaterial for reasons such as low toxicity, environmentally friendly, biodegradable an deasily biodegradable. New support materials not only allow effective enzyme binding, but also increase the applicability of biocatalytic systems resulting from immobilization. For example, magnetic nanoparticles have been the preferred support material in immobilization because they can be easily removed from the environment by creating a magneticfield, facilitate re-useandoffer a large surface area.
In this study, Fe3O4 magnetic nanoparticles were formed. Then, magnetic chitosan clay beads were obtained by mixing with chitosan flakesand clay in certain proportions. The structure and morphology of chitosan clay beads were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric analysis (TGA), Scanning electron microscope (SEM), X-ray diffractionmethod (XRD), Surface are a measurement (BET) analysis. The peroxidase enzyme was prepared by covalent bonding with glutaraldehyde.
The prepared enzyme was immobilized on magnetic chitosan clay beads. The physical, chemical and biochemical properties of the immobilized enzyme were investigated, and then the anaerobic membrane that treats the waste leachate was applied to the bioreactor effluent, and it was aimed to carry the treatment to a higher level. In the study, the optimum pH was determined as 3, the temperature was 35⁰C, and the dilutionratio was 1/4. COD and color removal efficiencies of 76% and 89%, respectively, wereobtainedunder optimum conditions. Corresponding concentrations are 1204 mg/L and 750 Pt-Co.