NFC-doplu TiO2 fotokatalistine maruz bırakılmış aktif çamurun gerçek evsel atıksu biyodegradasyonundaki performansının ve yenilenebilirliğinin değerlendirilmesi

Son yıllarda evsel ve endüstriyel atıksularda biyolojik ayrışmaya dirençli kirleticilerin tespiti sonrasında yeni ileri arıtım teknikleri gelişmiştir. Bu anlamda heterojen fotokatalitik ileri oksidasyon prosesleri son yıllarda özellikle üzerinde yoğun çalışmaların yürütüldüğü önemli teknikler arasında yer almaktadır. Bu proseslerde, heterojen yarı iletken özelliğe sahip olan Titanyum Dioksit (TiO2), ucuz olması ve toksik olmamasına ilave olarak yüksek aktif optik özellikleri ve kimyasal stabilitesi nedeniyle çok çeşitli organik kirleticilerin dekompozisyonunda oldukça yaygın kullanılmaktadır. Ancak; güneş ışığının sadece %3'ü ile %5'ini emebilme özelliğinden dolayı son zamanlarda literatürde TiO2'ye güneş ışığında da fotokatalitik reaksiyona girebilme kabiliyetinin kazandırılabilmesi için, uygun geçiş metalleri ile ya da başka elementler yardımıyla doplanarak oksidasyon gücünün arttırılmasına yönelik çalışmalara çok sık rastlanılmaktadır. Fakat bu çalışmalarda, özgül yüzey alan ve yüksek katalitik özelliklere sahip nanopartiküler yapıdaki bu doplanmış fotokatalistlerin, özellikle bir sonraki arıtma kademesi olarak tercih edilen aktif çamur sistemleri üzerinde şok etkisi yaratabildiği ve bunların biyodegradasyonunda işletme aşamasında problemlerle karşılaşılabileceği belirtilmektedir. Bu nedenle söz konusu fotokatalistlerin aerobik biyolojik arıtma prosesi üzerindeki davranışını anlamak oldukça önemli olup; bu çalışmada yeni nesil bir nanopartikül olan NFC-doplu TiO2 toz fotokatalistinin, karbon kaynağı olarak evsel ve çoğu endüstriyel atıksu ile benzer KOI fraksiyonlarını içeren pepton karışımlı sentetik bir atıksu ve gerçek evsel atıksuyun aerobik biyodegradasyonu üzerine etkisi, respirometrik olarak tespit edilmiştir. Bu amaçla fotokataliste maruz bırakılmış ve bırakılmamış aktif çamurun oksijen tüketim hızındaki değişim respirometrik teknikler kullanılarak akut ve kronik seviyede hem sentetik hem de gerçek atıksular için deneysel olarak tespit edilirken, bu süreçte aynı zamanda aktif çamurun performansındaki değişimi ortaya koymak için yeni nesil dizileme çalışması ile tür analizi yapılarak akut ve kronik maruziyet sonrası nasıl bir değişim gerçekleştiği ortaya konulmuştur. Buradaki amaç; nanopartiküler yapıdaki fotokataliste maruz bırakılmış ve bırakılmamış aktif çamur popülasyonunun, aerobik ortamda sentetik ve gerçek atıksular için davranışını respirometrik tekniklerle tanımlamak, karşılaştırmak ve gerçek evsel atıksu arıtma tesisi verimi üzerindeki etkisini değerlendirmektir. Böylece, özellikle evsel atıksularda antibiyotik kalıntılar gibi biyodegredasyonu zor olan organik maddelerin gideriminde yaygın olarak kullanılan nanopartiküllerin, geleneksel aktif çamur sistemlerindeki davranışı sentetik atıksularla karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Analiz sonuçlarına göre, gerçek evsel atıksu ile beslenen aktif çamur, içerdiği mikrokirleticiler nedeniyle pepton ile beslenen aktif çamura göre TiO2 nanopartikülünden daha fazla etkilenmiştir. Tür analizi açısından değerlendirildiğinde, gerçek atıksudaki mikrokirleticilerin varlığı, aktif çamurda bulunması tercih edilmeyen flamentli bakterilerin, kontrol örneğinde dahi ortamda bulunmasına sebep olmuşlardır. Her iki reaktörde de akut maruziyet sonrası KOİ giderim verimi, oksijen tüketim hızı ve faydalı türler inhibe olmuştur. 30 günlük kronik maruziyet sonrası, her iki reaktörde de flamentli bakteriler baskın hale gelmiştir. Evsel atıksu reaktörü, pepton reaktörüne göre KOİ giderim verimi ve oksijen tüketim hızı açısından daha fazla inhibe olmuştur. Evsel atıksu reaktöründe KOİ giderimi neredeyse ortadan kalkmış, pepton reaktöründe ise %60 civarında kalmıştır. Yenilenebilirlik deneylerine göre, pepton reaktörü aktif çamurunda flamentli bakteri varlığı azalmıştır ve aktif çamurda olması istenilen bakteri cinslerinde artış gözlemlenmiştir. Pepton reaktöründe oksijen tüketim hızındaki inhibisyon devam etmiş, ancak KOİ giderim verimi %19 civarında iyileşmiştir. Evsel atıksu reaktöründe ise ne KOİ giderim veriminde ne de oksijen tüketim hızındaki inhibisyonda düzelme gözlemlenmiştir. Tür analizine göre evsel atıksu reaktörü aktif çamurunun kendisini az da olsa toparlayabildiği ama flamentli bakterilerin ortamda hala baskın olması sebebiyle mikroorganizmaların organik maddeye ulaşamayarak tüketemedikleri yorumu yapılmıştır.