Nanopartiküllerin evsel arıtma çamurlarının anaerobik parçalanabilirliği üzerine etkilerinin belirlenmesi

Abstract

Bu tez kapsamında, nanopartiküllerin (NP) evsel arıtma çamurlarının anaerobik parçalanabilirliğine etkilerinin belirlenmesi amacıyla evsel arıtma çamuruna Ag, Al2O3, Fe2O3, CuO ve CeO2 nanopartikülleri 5, 50, 150, 250 ve 500 mg NP/g TKM konsantrasyonlarında eklenerek biyokimyasal metan potansiyeli (BMP) testi uygulanmış ve nanopartiküllerin evsel arıtma çamurunun metan potansiyeli üzerine uzun dönemli etkileri değerlendirilmiştir. Nanopartiküllerin evsel arıtma çamurlarının anaerobik parçalanabilirliği üzerindeki akut etkilerini saptamak amacıyla ISO 13641-1 inhibisyon testi yapılmıştır. İnhibisyon testinde, aynı nanopartiküllerin BMP testinde kullanılan konsantrasyonlarına ek olarak 750 ve 1000 mg NP/g TKM konsantrasyonlarının etkileri de incelenmiştir. BMP ve akut inhibisyon testlerinde nanopartiküllerin anaerobik dönüşümü gerçekleştiren arkelere etkisini gözlemek amacıyla numuneler flüoresanlı yerinde hibritleme (FISH) tekniği ile incelenmiştir. Ag nanopartikül 250 mgAg/gTKM konsantrasyonda kontrol grubuna göre katalizör etki ile BMP değerinde kümülatif olarak %7,9 artışa sebep olurken, 500 mgAg/gTKM konsantrasyonda BMP değerinde kümülatif olarak %12,1 azalma gözlenmiştir. Al2O3 NP için metan üretimi üzerinde inhibisyon etkisi gözlenmemiş, % 14,8 nispetinde pozitif katalizör etki saptanmıştır. Fe2O3 nanopartikülünün BMP testinde, doz arttıkça inhibisyona bağlı olarak gaz üretimine olan negatif etkisinin arttığı tespit edilmiş ve 500 mgNP/gTKM konsantrasyonunda %28,9 ile maksimum inhibisyon etkisi tespit edilmiştir. CuO NP BMP testinde anaerobik ortam için en toksik NP olarak belirlenmiştir. 150 mgCuO/gTKM dozunda metan üretiminde %23,4 inhibisyona sebep olurken, 250 ve 500 mgCuO/gTKM konsantrasyonları aşı çamur numunesinde üretilen metan miktarından daha az metan üretilmesine sebep olmuştur. CeO2 NP?de ise Al2O3 nanopartikülüne benzer olarak herhangi bir inhibisyon gözlenmemiş ve pozitif katalizör etki ile metan üretimi üzerinde %25,5 oranında bir artış tespit edilmiştir. Akut inhibisyon (ISO 13641-1) testinden elde edilen sonuçlara göre Ag nanopartikülünün evsel arıtma çamurlarının anaerobik parçalanabilirliğine anlamlı bir akut inhibisyon etkisi tespit edilmemiştir. Benzer şekilde Al2O3 nanopartikülünün de biyogaz üretimine inhibisyon etkisi saptanamamıştır. Fe2O3 nanopartikülünün BMP testi sonuçlarından farklı olarak biyogaz üretimine inhibisyon etkisi olmamış ve aksine gaz üretimi üzerinde %8,7 pozitif katalizör etkisi gözlenmiştir. CuO NP, BMP testinde olduğu gibi biyogaz üretimi üzerinde en toksik NP olarak saptanmıştır. 50 mgCuO/gTKM dozundan itibaren inhibisyon etkisi gözlenen CuO NP, biyogaz üretimini %84,2 inhibe etmiştir. CeO2 NP?ün biyogaz üretimi üzerine akut inhibisyon etkisi saptanmamıştır. BMP ve ISO testlerinin ardından anaerobik parçalanma prosesinde görev alan metanojenik mikroorganizmaların nanopartikül varlığından nasıl etkilendiğini tespit etmek amacı ile numunelere FISH analizi uygulanmıştır. FISH analizi sonunda yapılan görüntülemeden elde edilen sonuçlara göre, incelenen arke, Methanosaeta spp., Methanococcus spp. ve Methanosarcinales?in nanopartiküllerden farklı şekillerde etkilendikleri tespit edilmiştir. Buna göre arke ve Methanosaeta spp. popülasyonu Ag, Fe2O3 ve CuO NP varlığında azalma gösterirken, Methanococcus spp. popülasyonu ortamda Ag, Fe2O3 ve CuO NP bulunmasından etkilenmemekte ve kontrol grubu ile benzer özellikler taşımaya devam etmektedir. Methanosarcinales ise CuO NP varlığından oldukça sınırlı bir şekilde olumsuz etkilenmektedir.