Membran biyoreaktörlerde tıkanmaların önlenmesi için yetersayı etkisinin azaltılması mekanizmasının kullanılması

Dünyamızın %70'i sularla kaplı olmasına rağmen, tatlı su kaynakları bunun yalnızca %2,5'luk oranına tekabül etmektedir. Yanlış ve aşırı kullanım, su kaynaklarının bilinçsizce kirletilmesi hali hazırda az olan bu oranın daha da azalmasına yol açmaktadır. İçme suyu sıkıntısının son yıllarda artmasıyla beraber, su ve atıksu arıtımına verilen önem de paralel olarak artmaktadır. Su ve atıksu arıtımına kullanılan klasik yöntemler zaman zaman yeterli olmamakta veya istenilen su kalitesine ulaşamamaktadır. Bu bağlamda yeni teknolojilerin kullanımı öne çıkmaktadır. Bu yeni teknolojilerden biri de membran proseslerdir. Membran prosesleri temel olarak, iki fazı birbirinden ayıran zar olarak tanımlanabilir. Bahsi geçen iki faz, atıksu arıtımında genellikle sıvı-katı fazdır. Membran prosesler farklı özelliklerine göre sınıflandırılabilmektedir. Bunlardan biri de por çapıdır. Por çapına göre membranlar; mikrofiltrasyon, ultrafiltrasyon, nanofiltrasyon ve ters osmoz olarak ayrılabilir. Bu membranlar kullanım alanlarına göre; kolloidleri, yağ moleküllerini, büyük molekül ağırlığına sahip organikleri, şeker ve bazı multivalent tuzları, çözünmüş katıları hatta bakteri, virüs ve diğer mikropları tutabilmektedir. Özellikle bakteri, virüs ve mikropların tutulması içme suyu arıtımında çok önemli bir etmendir. Başlangıçta membran prosesler pahalı olmasına rağmen, gün geçtikçe artan membran üretim firmaları, membran üzerine yapılan çalışmaların fazlalaşması ve membranın artan kullanım alanları sayesinde uygulanabilirliği de artmıştır. Membran proseslerin kullanıldığı bir alan da membran biyoreaktör lerdir. Membran biyoreaktörler, klasik aktif çamur sistemine benzemektedir. MBR'ler temel olarak, biokütleyi tutmak için kullanılan membran ayırma prosesi ile birleştirilmiş klasik bir aktif çamur prosesi olarak tanımlanabilmektedir. MBR'lerin klasik aktif çamur sistemine göre birçok avantajı bulunmaktadır. MBR'lerin son çökeltim tankına ihtiyaç duymaması, MLSS değerlerinin oldukça yüksek olması, kaliteli su çıkışı sağlaması, kompakt bir yapıya sahip olduğundan alandan tasarruf edilmesi bu avantajlardan bazılarıdır. Fakat her proseste olduğu gibi MBR prosesinde de bazı dezavantajlar bulunmaktadır. Bu dezavantajlardan en önemlisi, MBR içerisinde bulunan membranın tıkanmasıdır. Membran tıkanması sonucunda arıtılan su miktarı azalır, membranların temizlenmesi gerekir ve uzun vadede membranların kullanım ömrü azalır. Bu da MBR işletiminde sorun teşkil etmektedir. Özellikle arıtılan su miktarının azalması ekonomik olarak problem olmaktadır. Membran tıkanmalarının giderilmesi için fiziksel ve kimyasal temizleme yöntemleri uygulanabilir. Membranların suyla ya da su-hava karışımıyla geri yıkanması, membran üzerindeki kirliliğin hava ile sıyrılması fiziksel temizleme yöntemlerindendir. Fiziksel temizleme yöntemlerinin yetersiz kaldığı zamanlarda, kimyasal temizleme uygulanır. Kimyasal temizleme ise, bazı belirli kimyasal çözeltileri ile membranın yıkanması olarak düşünülebilir. Bu temizleme periyotları sırasında sistemin durdurulması gerektiğinden, ayrıca temizleme sırasında uygulanan kimyasal sarfiyatı ve uygulanan havadan dolayı işletme maliyeti artmaktadır. Bu membran temizleme yöntemlerinin yanı sıra, yeni metodlar da aranmaktadır. Tıkanmayı önleyici ve/veya azaltıcı yeni yöntemlerden biri de bakteriler yardımı ile yapılmaktadır. Bu bağlamda yeni bir düşünce tarzı olan 'Yetersayı Etkisi-Quorum Sensing' öne çıkmıştır. Son yıllarda tek hücreli bakteri alemi hakkındaki anlayışımızda bir dizi değişiklikler meydana gelmiştir. Bakteri hücrelerinin birbirleri ile işbirliği içinde olmadığı, sosyal etkileşim ve çok hücreli davranışları sergilemediğine dair görüşler değişmiştir. Bakterilerin hücre içi aktiviteleri sonucunda karmaşık işbirliği gerektiren davranış modelleri sergilediği görülmüştür. Bu aslında hücre nüfus yoğunluğunun bir fonksiyonu olan ve gen ifadesinin düzenlenmesini kolaylaştıran yayılım özelliğine sahip küçük sinyal molekülleri sayesinde gerçekleşir. Bu fenomene 'Yetersayı Etkisi' adı verilmektedir. Yetersayı etkisinin ortaya çıkmasıyla beraber, bu etkiyi ortadan kaldırabilen yani hücreler arası iletişimi kesen bir mekanizma olan 'Yetersayı Etkisinin Azaltılması-Quorum Quenching' mekanizması öne sürülmüştür. Bu mekanizma 3 şekilde işleyebilir. Birincisi sinyal molekülünün üretilmesinin engellenmesi, ikincisi üretilen sinyal molekülünün degredasyonu veya inhibisyonu, son olarak ta sinyali alımının önlenmesidir. Bu tez kapsamında, üretilen sinyal moleküllerinin degredasyonu yolu denenmiştir. Literatürde bu yolun denemesi için 3 farklı çalışma vardır. Hepsi enzimatik tabanlı olmakla beraber, yöntemler kendi içlerinde farklılık göstermektedir. Burada amaç kullanılan enzimle üretilen sinyal molekülünün degrede edilmesidir. Bu yöntemler; enzimatik yöntem, mikrobiyovesel yöntemi ve hücre doldurulmuş boncuklar yöntemidir. Bu çalışmada, mikrobiyovesel yöntemi ve hücre doldurulmuş boncuklar yöntemi denenmiştir