Population dynamics in two-stage anaerobic digester treating solid wastes

Günümüzde ortaya çıkan doğal kaynakların tükenmesi ve enerji yetersizliği gibi global problemler, bilimsel araştırmaların yönünü çevrel kirliliğini de önleyecek sürdürülebilir tekniklere yöneltmiştir. Bu bağlamda, etkili bir enerji geri kazanımı için, proses mikrobiyolojisinin ve dinamiklerinin yeterli şekilde anlaşılması anahtar bir rol üstlenmektedir. Bu çalışmanın amacı, iki farklı organik atığın anaerobik arıtımı sonucu oluşan kimyasal gradyanların ve populasyon dinamiklerinin izlenmesi, bunların sistem performansı ve mikrobiyal topluluk yapısına göre karşılaştırılmasıdır. Arke ve bakteri populasyon dinamikleri, çevresel değişkenlerin sonucundaki mikrobiyal izlerin değerlendirilmesi ve organik atık parçalanmasıyla ilişkili organizmaların tanımlanmasını sağlamak için asitleştirici ve çürütücü şeklinde ayrılan iki kademeli anaerobik sistemde incelenmiştir. Örnekler, yemekhane ile sebze atıklarıyla beslenen ve farklı işletme koşullarında işletilen reaktörlerden aylık olarak alınmıştır. Mikrobiyal çeşitlilik ve mikrobiyal komposizyondaki değişimler 16S rRNA geni tabanlı klonlama ve sekanslama ile DGGE moleküler mikrobiyolojik teknikler kullanılarak incelenmiştir. Her bir reaktörden alınan numunelerden, genel primerler kullanılarak arke ve bakteri sınıflarının klon kütüphanesi oluşturulmuştur. Yemekhane atıkları için 84'ü fermentörden, 61'i çürütücüden olmak üzere toplam 145 bakteri klonu 7 kütüphaneden, toplam 65 arke klonuda 4 farklı klon kütüphanesinden, sebze atıkları için 96 bakteri klonu asitleştiriciden, 51'I çürütücüden, toplamda 145 bakteri klonu 6 farklı kütüphaneden, toplamda 25 arke klonu da 4 farklı kütüphaneden sekanslanmıştır. Bu sayılar anaerobik çamurdaki mikroorganizma türlerinin çeşitlilik gösterdiğini ve her bir substrat için reaktörlerdeki açık farklılıkları ortaya koymaktadır. DGGE ve klon analizleri arke tür yapısının pH ve uçucu yağ asit konsantrasyonuyla yüksek korelasyona sahip olduğunu, bakteri türleri içinde pH'ın etkili olduğunu göstermektedir. Yemekhane atıklarıyla yapılan çalışmada, fermentörün 30 günlük işletilmesi sonunda Lactobacillus türü dominant hale gelmiş, çürütücüde ise Thermotogae, Firmicutes, Synergistetes, Synergistetes, Bacteroidetes filumlarının baskın olduğu görülmüştür. Fermentörde baskın olan arke türü Methanobacteriales filumundan Methanobrevibacter acididurans'tır, Methanomicrobiales filumundan Methanofollis liminatans'ta reaktör çeşitliliğinde yer almaktadır. Çürütücüde ilk olarak görülen Methanosarcinaceae türünün baskınlığı 3 ay işletmeden sonra Methanosaetaceae türüyle değişmiştir. Sebze atıklarıyla yapılan çalışmada DGGE bant verilerine göre fermentördeki baskın bakteri populasyonu Lactobacillaceae, Veillonellaceae ve Prevotellaceae türleridir, çürütücüde ise Desulfobacteraceae ve Syntrophaceae türleri baskındır. Prosese girmemiş atıkta mikro-anoksik boşluklar sebebi ile Methanobacteriaceae ve Methanosarcinaceae türlerine rastlanmıştır. Fermentör çamurunda Methanobacteriaceae dominant olup, çürütücü çamurunda ise Methanobacteria ve Methanomicrobia filumu ve az miktarda Methanococci filumuna rastlanmıştır. Farklı subtratlarla farklı fiziko-kimyasal şartlarda işletilmesine rağmen, birbirine benzer arıtma preformansları elde edilmiş olan çürütücü reaktöründe mikrobiyal topluluk yapısı önemli ölçüde farklı bulunmuştur. Söz konusu mikrobiyal populasyon farklılığı,, enerji geri kazanım sürecini etkileyebilmektedir.