Petrokimya endüstrisi atıksularının biyolojik arıtımında kullanılmak amacıyla aşı kültürü elde edilmesi
Obtaining mixed liquor culture using with the aim of biological treatment of wastewaters of the petrochemical industry
Yazar: CANER VURAL
Danışman: PROF. DR. GÜVEN ÖZDEMİR
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Biyoloji = Biology

Özet:
Son yarım asırdır bilim ve teknolojinin hızla ilerlemesine bağlı olarak, sanayinin gelişmesi ile günlük hayatı kolaylaştırmak için sayısız ürün üreten endüstriler birçok çevresel sorunu da beraberinde getirebilmektedir. Özellikle antropojenik atıklar olarak adlandırılabilecek sanayi atıklarının çevre üzerindeki olumsuz etkileri çevre dengesi ile insan ve hayvan sağlığını tehlikeye atmaktadır. Sanayi atıklarının tam olarak veya hiç arıtılmadan ekosisteme deşarj edilmesi, ekosistem üyeleri üzerinde olumsuz etkilere neden olmaktadır. Özellikle plastik, ilaç, petrol endüstrisi gibi birçok önemli sanayiler bu tarz çevresel sorunların ana kaynağı olmaktadır. Üretilen atıkların büyük çoğunluğunun ksenobiyotik (zor parçalanabilir) yapıda olması, doğada birikmesi ve canlılar üzerinde toksik etki göstermesinden dolayı giderilmesi ve arıtılması gereken başlıca atıklardır. Petrol sanayisi atıkları ise çoğunluğu ksenobiyotik hidrokarbonlardan oluşan zararlı bileşiklerdir. Bunlardan poliaromatik hidrokarbonlar (PAH'lar) giderilmesi zorunlu bileşiklerdir. US EPA'nın belirlediği giderilmesi zorunlu olan 16 PAH bileşiği petrol ve türevi maddelerle kirlenmiş alanlarda oldukça sık karşılaşılmaktadır.
Bu doktora tez çalışmasında; terefitalik asit (TFA), asenaften (ace), fluoren (flu), fluoranten (flr), antrasen (ant) ve piren (pyr) hidrokarbon bileşiklerinin mikrobiyolojik yollarla giderilmesi, giderim verimlerinin belirlenmesi, bakteriyel konsorsiyum ile aşı kültürü oluşturulması, aşı kültürünün endüstriyel atık sularda giderim verimlerinin değerlendirilmesi, biyoçoğaltım ve biyoparçalanma esnasında seçili mikroorganizmaların qPCR ile takibi ve bakterilerin PAH'ların biyoiyileştirilmesinde rol alan öncül enzimlerini kodlayan genlerin ifade düzeyleri incelenmiştir.
Bu kapsamda hedef hidrokarbonları tek karbon ve enerji kaynağı olarak kullanan 13 izolat elde edilmiştir. Bu izolatlar moleküler biyolojik olarak tanılanarak; Acinetobacter sp., Aeromonas media, Arthrobacter nicotianae, Arthrobacter protophormiae, Burkholderia cepacia, Chryseobacterium sp, Pseudomonas sp., Pseudomonas fluorescens, Raoultella planticola genus ve türlerine ait oldukları saptanmıştır.
Elde edilen izolatlardan aşı kültürü oluştularak sürekli karışımlı tank biyoreaktörü (SKTR) içinde olgunlaştırılan aktif çamur sisteminde denenmiştir. TFA (50 mg/L), Ace, Flu, Flr ve Ant (20 mg/L) biyoparçalama durumları ve giderim oranları belirlenmiştir. Buna göre çıkış suyu verilerinden hidrokarbonların % giderim oranları sırasıyla %82,3; %100; %100; %100 ve %75,4 olarak belirlenmiştir.
İzolatlar için özel primer prob setleri kullanılarak Real time PCR ile izolat takibi yapılmıştır. Buna göre 55 günlük biyoparçalanma süresi boyunca mikroorganizmaların 105 – 106 kopya DNA/50 µl miktarları ile sabit kaldıkları gözlenmiştir.
Gen ifadesi çalışmalarında qPCR için optimize edilmiş olan Gram negatif bakterilere özgü PAH RHDα gen bölgesi kullanılmıştır. Bunun için Livak, Pfaffl ve BestKeeper yöntemleri kullanılarak ifade düzeyleri incelenmiştir.
Anahtar sözcükler: Mikrobiyal PAH biyoparçalanması, biyoçoğaltım, biyoiyileştirme, aktif çamur sistemi, petrokimya endüstrisi.

Abstract:
In the last five decades, besides numerous products which makes daily life easier, there have been paved the way for many environmental problems with flourishing of industries depending on the promptly soaring in science and technology. Particularly, negative effects of industrial wastes which could be named anthropogenic wastes on environment are jeopardized ecological balance, human and animal health. Discharging of the industrial wastes to environment with incompleted treatment or without treatment is caused to negative effects on ecosystem members. Important industries, especially, plastics, pharmeceutical, petroleum industries are the main sources such environmental problems. Most of the produced wastes are xenobiotics, accumulated in nature and caused toxic effect on living beings. Therefore, they must mainly be removed and treated. Wastes of the petroleum industry are hazardous compounds and they mostly consist of xenobiotic hydrocarbons. One group of those are polyaromatic hydrocarbons (PAHs) which necessary to remove. 16 PAHs which determined by US EPA frequently found in areas contaminated with petroleum compounds and derivatives.
In this doctoral, thesis some kind of laboratory experiments were carried out and summarized as follows;  removal of hydrocarbon compounds named as terephthalic acid (TPA), acenaphthane (ace), fluorene (flu), fluoranthene (flr), anthracene (ant) and pyrene (pyr) via microbiological ways, determination of removal efficiencies, constructing inoculum liquor with bacterial consortium, evaluation of removal efficiencies of inoculum liquor in industrial wastewaters, monitoring of the selected microorganisms with qPCR during bioaugmentation and biodegradation and investigation of expression levels of genes which codes primer enzymes involved in bacterial PAH bioremediation.
In this context, 13 microorganisms were obtained which use the target hiydrocarbons as a sole carbon and energy sources. These microorganism were molecular biologically identified. Bacterial strains belong to Acinetobacter sp., Aeromonas media, Arthrobacter nicotianae, Arthrobacter protophormiae, Burkholderia cepacia, Chryseobacterium sp, Pseudomonas sp., Pseudomonas fluorescens, Raoultella planticola genus and species.
An inoculum liquor was prepared with isolated microorganisms and tried in aged activated sludge system in completely stirred tank bioreactor (CSTR). Biodegradation states and removal efficiencies were determined of TPA (50 mg/L), Ace, Flu, Flr and Ant (20 mg/L). According to this, % removal rates of hydrocarbons which obtained from effluent determined as 82,3 %; 100 %; 100 %; 100 % and 75.4 % respectively.
Primer prob sets were used peculiar to isolated microorganisms and bacterial monitoring was carried out using Real time PCR. Accordingly, during the 55 days biodegradation period amount of copy DNA of microorganisms was stable and between 105 – 106 copy DNA/ 50µl.
Optimized PAH RHDα gene region for Gram negative bacteria was used in gene expression experiments. For this, Livak, Pfaffl and BestKeeper methods were used and compared to evaluate expression levels.
Keywords: Microbial PAH biodegradation, bioaugmentation, bioremediation, activated sludge system, petrochemical industry.