Fate of sulfamethoxazole and its inhibitory impact on the biodegradation of acetate under aerobic conditions at high sludge age

İlaç etken maddelerinin üretimi ve tüketimi son yıllarda oldukça artmıştır. Henüz çevre üzerindeki riskleri ve etkileri tam olarak bilinemediği için, bu maddelerin varlıkları ve giderimleri en önemli araştırma konularından biri olmuştur. Sık kullanılan bir ilaç türü olan antibiyotiklerin yıllık tüketimleri tüm dünyada yaklaşık 500 ton'dur. Son yıllarda artan antibiyotik kullanımı hayatımızın her alanında kendini göstermektedir. Özellikle insan ve hayvan sağlığı, balık gibi sucul canlıların sağlığı ve gelişimi, tıbbi atıklar, endüstriyel aktiviteler, antibiyotik ve ilaç üreten endüstriler, gıda sektöründe besinlerin korunması, ev gereçleri, ürünler üzerine spreyleme, çiftlik hayvanlarının üretimi, balık çiftlikleri gibi alanlar antibiyotiklerin temel kaynaklarını oluşturmaktadır. Günümüzde geniş bir kullanım aralığına sahip olan antibiyotikler, insan ve hayvansal tıpta tedavi edici amaçlar için sıklıkla kullanılır. Bu nedenle, tedavi edici antibiyotiklerin kalıcı konsantrasyonları çevrede bulunur. Veterinerlikte hayvan sağlığı amacıyla kullanılan antibiyotikler tüketiciler tarafından kolay temin edilmesi ve maliyetinin ucuz olmasından dolayı yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Örneğin, kümeslerde ortaya çıkan bazı hastalıklarla mücadele amacı ile tavuk yemine antibiyotiklerin katıldığı bilinmektedir. Bu antibiyotikler, hayvanların eti veya yumurtası ile tüketiciye kadar ulaşabilmektedir. Bu tehlike nedeni ile antibiyotiklerin kullanılması kontrol altında tutulmalıdır. Ancak bilinçsiz ve gereksiz antibiyotik kullanımı sonucunda hem çevresel sorunlar hem de besin zinciri yoluyla canlılarda özellikle insanlarda sağlık problemleri meydana gelmektedir. Balık çiftliklerinde gerekli sağlığa uygunluk kurallarına uyulmamasından dolayı hastalıklar sıklıkla yaşanmakta ve büyük ekonomik kayıplar ortaya çıkmaktadır. Balıkların bakteriyel hastalıklarının tedavisinde en yaygın yöntem antibiyotik ve diğer bazı kimyasalların kullanılmasıdır. Yeme karıştırılarak balıklara verilen antibiyotiklerin tüketilmeyen kısmı suda çözünür veya zemine çöker. Atık yemle birlikte ortama geçen ilacın bir kısmı doğal ortamdaki balık ve kabuklular tarafından alınır ve bünyede birikerek yüksek konsantrasyonlar oluşturur. Antibiyotiklerin aşırı kullanımı standart antimikrobiyal uygulamalara karşı dirençli patojenlerin gelişimini de teşvik eder. Bunun sonucu olarak da besin zinciri yoluyla insanlar ve diğer canlılar sağlık sorunları yaşamaktadırlar. Antibiyotikler mikroorganizmaların büyümesini durduran ya da öldüren biyolojik kaynaklı veya sentetik olarak elde edilen çok etkili biyoaktif maddelerdir. Etki tarzlarına ve etkiledikleri mikroorganizmalara göre çok sayıda antibiyotik bulunmaktadır. Mikroorganizmanın hücre duvarını bozmak, protein sentezini bozmak veya mikroorganizmanın ihtiyaç duyduğu maddeleri yok etmek antibiyotiklerin etkileri arasındadır. Antibiyotikler, doğada bakteriler veya mantarlar tarafından üretilir. Bu canlıların antibiyotik üretip bulundukları ortama salma nedenleri, diğer türlerle besin yarışı içinde olmalarıdır. Bu nedenle, bulundukları ortamda kendilerinden başka organizmaların yok olmalarını veya daha fazla büyümelerini engelleyen antibiyotik maddeleri üretirler. Antibiyotikler etki mekanizmalarına ve kimyasal yapılarına göre sınıflandırılmaktadır. Etki mekanizmalarına göre: Hücre duvarı sentezini engelleyenler, protein sentezini engelleyenler ve nükleik asitlere etki edenler şeklinde sıralanmaktadır. Antibiyotikler etki mekanizmalarına ve kimyasal yapılarına göre 9 ana başlık altında sınıflandırılmaktadır: ß-Laktamlar, Tetrasiklinler, Makrolid antibiyotikler, Aminoglikozidler, Quinolonlar, Linkosamidler, Oksazolidler, Sülfa antibiyotikler, Sasilik peptidler. Veterinerlik alanında öncelikli olarak uygulanan antibiyotik sınıfları; tetrasiklin ve sulfamidlerdir. İnsan tedavisinde ise sentetik penisilinler, tetrasiklin ve makrolidler yaygın olarak kullanılır. Antibiyotikler konvansiyonel biyolojik arıtma proseslerine dirençli oldukları için, alıcı su kaynaklarına tam olarak arıtılamadan deşarj edilmektedirler. Bu nedenle, çıkış sularında ve alıcı ortamlarda birikmektedirler. Endüstride kullanılan prosesler ve kimyasallardan dolayı oluşan atıksular yoğun kirlilik içermekte ve toksik nitelikte olmaktadır. Bu maddeleri içeren ilaç endüstrisi atıksuların arıtımı için fizikokimyasal arıtıma ihtiyaç duyulmaktadır. Çünkü miktarları her geçen gün ekosistemde artan bu ilaç etken maddeleri, doğada antibiyotiğe dirençli patojen organizmaların artışına sebep olmakta ve bu durum halk sağlığı için büyük bir tehdit oluşturmaktadır. Aslında sorunların temelinde çevrenin korunmayıp yoğun olarak kirletilmesi ve doğal kaynakların bilinçsizce tüketilmesi gelmektedir. Özellikle doğal ortamların evsel, endüstriyel ve tarımsal faaliyetler sonuncunda yok olma aşamasına gelmesi insanları farklı arayışlara yöneltmiştir. Örneğin günümüzde akuatik yaşamın dengesinin bozulması ile balık çiftliklerinin hızla gelişip çoğalması ve bunun sonucu olarak da çevrenin göz ardı edilmesi yine çevre kirliliği olgusunu ortaya çıkarmıştır. Bu nedenle yapılan ya da yapılacak her faaliyette çevre koruma bilincinin ön planda olması gerekmektedir. Bu çalışmada, önemli antibiyotiklerden biri olan Sülfametoksazol 'ün, aktif çamur sistemlerine olan akut ve kronik etkileri ve biyolojik arıtılabilirliği incelenmiştir. Bir evsel atıksu arıtma tesisinden alınan aktif çamur ana karbon kaynağı olarak asetata aklime edilerek 10 çamur yaşında çalıştırılmıştır. Doldur-boşalt çalıştırılan sistem kolay ayrışabilir organik olarak asetat ile beslenmiş ve giriş KOİ konsantrasyonu 400 mg KOİ/L olarak belirlenmiştir. Reaktör kararlı dengeye ulaşıncaya kadar ve sonrasında, konvansiyonel parametreler izlenerek kontrol altında tutulmuştur. Akut inhibisyon deneylerinde, doldur-boşalt reaktörden alınan ve aynı F/M oranına sahip biyokütle kullanılmış ve asetat ile birlikte SM'ün 25 mg/L, 50 mg/L, 100 mg/L ve 200 mg/L'lik dört farklı konsantrasyonu anlık olarak beslenmiştir. Akut inhibisyon deneylerinde gözlenen antibiyotik giderimi ihmal edilebilir düzeydedir. Kinetik katsayılara bakıldığında, maksimum depolama hızının azaldığı; fakat içsel solunum hızının arttığı görülmüştür. Kronik inhibisyon deneylerinde, doldur-boşalt reaktörden alınan ve aynı F/M oranına sahip biyokütle kullanılmış ve asetat ile birlikte SM'ün 50 mg/L'lik konsantrasyonu sürekli olarak beslenmiştir. Kronik çalışmalarda üç farklı substrat tipi uygulanmıştır: karışık substrat, yalnızca asetat ve yalnızca antibiyotik. Aynı nitelikteki aktif çamura sentetik atıksu ile sülfametoksazol aklimasyonu birlikte uygulanmış; respirometrik çalışmalar ve konvansiyonel parametrelerle sistem izlenmiştir. İlk 5 günlük aklimasyon sürecinde, depolama işleminin ortadan kalktığı görülmüştür. 20 günlük işletim periyodu sonunda aktif çamurun bu karışıma alıştığı gözlenmiş ve SM'ün tamamen giderildiği görülmüştür. Çalışmadaki ilgili stokiyometrik ve kinetik katsayılar, modifiye edilmiş ASM3 modeli kullanılarak elde edilmiştir.