Simültane olarak üre hidrolizi ve denitrifikasyon yapabilen biyogranüllerin üretimi ve biyomineralizasyon performanslarının değerlendirilmesi

Biyomineralizasyon, özellikle mikrobiyal yollarla kalsiyum karbonat çökelmesi, biyoremediasyon, biyokonsolidasyon ve biyo-bazlı malzemelerin üretimi gibi çeşitli uygulamalar için çevre dostu bir alternatif olarak ilgi görmektedir. Kalsiyum karbonat çökelmesi, doğada üre hidrolizi ve nitrat indirgenmesi gibi çeşitli metabolik yollarla gerçekleşebilmektedir. Ancak, çoğu çalışma saf kültürler ve tekil metabolik süreçler üzerine odaklanmış olup, birleştirilmiş metabolik aktivitelerin potansiyelini araştırmamıştır. Tekil metabolik yollar ve aksenik kültürlerin kullanılması ya aerobik ya da anoksik koşullar altında biyomineralizasyon performanslarının elde edilmesiyle sonuçlanmıştır. Üre hidrolizi ve nitrat indirgenmesi hem aerobik hem de anoksik koşullar altında biyomineralizasyonu gerçekleştirmek için tamamlayıcı yollardır. Bu kombinasyonun araştırılması, genel biyomineralizasyon performansını artırmak için önem arz etmektedir. Bu tez çalışması, üre hidrolizi ve nitrat indirgeme metabolizmalarını kullanabilen aksenik olmayan biyogranüllerin üretimini sunmaktadır. Bu biyogranüller, biyomineralizasyon sürecinin hem aerobik hem de anoksik koşullarda gerçekleşmesini sağlayarak genel kalsiyum karbonat çökeltme miktarını artırabilmektedir. Bir AKR (Ardışık Kesikli Reaktör), değişen anoksik-aerobik periyotlar altında 560 gün boyunca işletilmiş ve minimal besin koşullarında biyogranül üretimi optimize edilmiştir. Üretilen biyogranüller, mikrobiyal aktivite ve biyomineralizasyon performansı açısından daha önce raporlanan nitrat indirgeyen granül kültürü ile karşılaştırılmıştır. İşletim günleri 270 ile 560 arasında 0.2-0.7 mm aralığında biyogranüllerin kararlı üretimi sağlanmıştır. Metagenomik analizler, biyoreaktörden farklı zaman aralıklarında alınan örneklerde, ürolitik ve denitrifikasyon yapan bakterilerin baskın olduğu tutarlı bir mikrobiyal topluluğu ortaya koymuştur. Üretilen biyogranüller, sırasıyla 232 mg üre.sa-1.g-1 UAKM ve 9,25 mg NO3-N.sa-1.g-1 UAKM maksimum spesifik üre hidrolizi ve nitrat indirgeme aktivitelerine ulaşmıştır. Biyomineralizasyon testlerinde 9 gün içerisinde, biyogranüller kalsit formunda maksimum 642,5 mg CaCO3 çökeltirken, referans nitrat indirgen granül kültürü maksimum 137 mg CaCO3 çökeltmiştir. Kurutulmuş biyogranüller, biyomineralizasyon testinde ortalama %73 nitrat indirgeme ve %67 üre hidrolizi verimliliği gösterirken, referans nitrat indirgen granül kültürü ortalama %34 nitrat indirgeme ve %2 üre hidrolizi verimliliği göstermiştir. MICP performansına raf ömrünün etkisini görmek için kurutulmuş biyogranüller 1,5 yıl saklandıktan sonra başka bir biyomineralizasyon testi yapılmıştır. Test sonucunda saklama süresinin, kurutulmuş biyogranüllerin MICP performansını olumsuz etkilediği gözlemlenmiştir Maya özütü içeren B1 ve C1 ile maya özütü içermeyen B3 ve C3 grupları karşılaştırıldığında, biyogranüllerin ikinci biyomineralizasyon testinde referans nitrat indirgen granül kültürüne göre sırasıyla %30 ve %164 daha yüksek MICP performansı sergilediği bulunmuştur. Genel olarak, tamamlayıcı mikrobiyal metabolizmaların, tek bir uygulamada çökeltilen toplam CaCO3 miktarını artırarak biyomineralizasyon uygulamalarının verimliliğini artırabileceği ortaya konulmuştur.