Sudaki uranyumun biyoteknolojik arıtımı

Bu çalışmada, insan ve çevre sağlığı açısından çok tehlikeli bir radyoaktif ve ağır metal olan uranyum ile kirlenmiş suların farklı biyoteknolojik yöntemlerle giderimi araştırılmıştır. İki bölüm olarak sürdürülen çalışmaların ilk kısmı bakteriler (karışık anaerobik/ sülfat indirgeyen) ile uranyum giderimi araştırılırken, ikinci kısımda mikroalglerle biyosorpsiyonu incelenmiştir. U.D.K.M. (uranyum indirgeyen karışık mikroorganizmalar) ile sudaki uranyumun anaerobik ortamda giderimi için öncelikle uranyuma dayanıklı mikroorganizmalar, 1 yıla yakın sürede farklı uranyum konsantrasyonu içeren besi ortamlarında yetiştirilerek mikroorganizmaların ortam koşullarına adaptasyonu sağlanmıştır. Sonrasında, elde edilen U.D.K.M. ile 3 farklı uranyum giderim deneyleri yapılmıştır. Birinci set deneylerde sudaki uranyumun giderimi pH 7'de ve üç farklı uranyum konsantrasyonlarıyla (5mg/L, 25mg/L ve 50mg/L) canlı ve öldürülmüş U.D.K.M. ile gerçekleştirilmiştir. Isıyla öldürülmüş U.D.K.M. olan örneklerde % 24 – 78 ve canlı U.D.K.M.'da ise % 40 – 79 uranyum giderimi elde edilmiştir. İkinci set deneylerde ise değişik ORP (100mV, 50mV, -50mV, -100mV) ve pH aralıklarında (4-10) anaerobik kesikli reaktör deneylerinde sudaki uranyumun (100mgU/L) giderimi gerçekleştirilmiştir. 3. günün sonrasında %78.1 ile % 96.3 arasında uranyum giderimi sağlanmıştır ve en yüksek giderim ORP -50mV ve pH 7'de gerçekleşmiştir. Üçüncü set deneylerde ise farklı uranyum konsantrasyonlarında ve ultra safsu ortamında uranyumun giderimi yapılmıştır. Bu deneyin sonucunda ise uranyumun giderimi %0.33 – 53 arasında olmuştur. Tüm deneyler dörtlü olarak tekrarlanmıştır. Sudaki uranyumun S.İ.B. (sülfat indirgeyen bakteriler) ile farklı redoks potansiyel (50mV, 100mV, -50mV and -100mV) ve pH (4; 7;10) şartlarında giderim deneyleri anaerobik kesikli reaktörlerde yapılmıştır. Tüm reaktörlerde uranyumun giderimi 3-10 gün içerisinde gerçekleşmiştir. Sonuçta yüksek uranyum giderim yüzdeleri (%95.36 - %99.9) elde edilmiştir. En yüksek giderim negatif (-50mV ve -100mV) redoks potansiyellerinde olup uranyumun 100mg/L başlangıç konsantrasyonundan 0,777mg/L (-50mV için) ve 0,115mg/L (-100mV için) kadar düştüğü belirlenmiştir. Deneyler dörtlü olarak tekrarlanmıştır. U(VI)'un S.İ.B. vi ile indirgenmesinin kinetik, termodinamik hesaplamaları ve VisualMINTEQ programının yardımıyla analizi yapılmıştır. İkinci bölümde mikroalgler kullanarak uranyum giderimi araştırılmıştır. Bu çalışmalarda Scenedesmus sp. ve Chlorella sp. mikroalg türleri kullanılmıştır. Sudaki uranyumun, Scenedesmus sp. mikroalglerle giderimi araştırılmıştır. Bu çalışmalarda 5mg/L, 10mg/L ve 15mg/L uranyum konsantrasyonları, farklı Scenedesmus sp. konsantrasyonlarında (41.54mg/L ve 115.94mg/L) ve canlı/ ısıyla öldürülmüş mikroalglerle yapılmıştır. Farklı fiziksel-kimyasal şartlar (pH, sıcaklık) altında ve 2 saatlik sürede gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlarla farklı parametrelerin biyosorpsiyona etkileri araştırılmıştır. Box-Behnken programının yardımıyla üç boyutlu yüzeysel grafikler yardımıyla optimal şartlar bulunmuştur. Box-Behnken yöntemine göre giderimin 90-100% aralığında olduğu optimum koşullar pH 6-8 arası, sıcaklık 45⁰C, canlı mikroalgler, süre 55-62,4 dakika olarak belirlenmiştir. Buna ek olarak, ANOVA istatistiksel hesaplama yardımıyla uranyumun giderimini etkileyen önemli parametreler olarak pH, uranyumun başlangıç konsantrasyonu ve mikroalg konsantrasyonu olduğu belirlenmiştir. Chlorella sp. ile yapılan çalışmalarda iki farklı mikroalg konsantrasyonunda (71.61mg/L ve 282.42mg/L) uranyumun giderimi araştırılmıştır. Uranyumun giderimini etkileyen en önemli parametreler pH, uranyumun başlangıç konsantrasyonu ve zaman olarak belirlenmiştir. Optimal şartlarda (pH 6-8 arası, sıcaklık 45⁰C, canlı mikroalgler, süre 55-62,4 dakika) %95 üzeri giderim elde edilmiştir. Anaerobik bakterilerle uranyumun indirgenmesinin bazı çalışmalarda belirtildiği gibi 'Cytochrome C' proteini ile gerçekleşip gerçekleşmediğini belirlemek amacıyla kesikli reaktörlerde sudaki uranyumun bu protein ile giderimi için öncelikle laboratuvar şartlarında ekmek mayasından bu proteinin sentezi yapılmıştır. Deney sırasında indirgenmiş ve oksitlenmiş 'Cytochrome C''nın konsantrasyon değişimi her gün ölçülmüştür. Sonuçta 'Cytochrome C' proteininin oksitlenme derecesinin artmasının, indirgenme derecesinin azalmasıyla hemen hemen aynı olduğu gözlenmiştir. Sonuçlar incelendiğinde, uranyumun indirgenmesi 'Cytochrom C'nın oksitlenmesiyle gerçekleştiğini, yani elektronların proteinden uranyuma aktarıldığı sonucuna varılmıştır.