Özellikle 1760 yılı itibariyle Birinci Sanayi Devrimi ile artan üretim kapasitesi, çevre kirliliğinin de hızla artmasına neden olmuştur. Toprak, su ve hava kirliliği gibi sorunlar, doğa üzerinde ciddi olumsuz etkilere yol açmıştır. İnsanoğlu her zaman olduğu gibi bu olumsuzluklara karşın çeşitli çözümler geliştirmeye çalışmaktadır. Çevre kirliliği özelinde ise geliştirdiği çözümlerden bir tanesi biyoremediasyon teknolojileridir. Biyoremediasyon süreçleri biyoteknolojinin yardımıyla doğal yollar ile kirliliklere mücadele etmeyi hedeflemektedir. Mikroorganizmalar gibi doğal temizleyicilerin kullanıldığı bu yöntem, çevre kirliliğini biyolojik olarak azaltarak hem sürdürülebilir hem de ekonomik bir çözüm sunuyor. Doğadan ilham alarak geliştirilen biyoremediasyon, çevre koruma teknolojilerinde yeni bir dönemin kapılarını aralıyor.
Doğal mikroorganizmalar, biyoremediasyon yoluyla kirleticileri gıda ve enerji kaynağı olarak kullanmaya teşvik edilmektedir. Bazı mikroplar zararlı maddeleri ve enfeksiyonları tüketerek onları parçalar ve bileşenlerini karbondioksit ve etan gibi zararsız gazlara dönüştürerek onlardan kurtulur. Bazı kirlenmiş su ve toprak durumlarında kimyasalları doğal yollarla gidermek için uygun karşıt mikroplar zaten mevcut olsa bile, insan müdahalesi mikrobiyal eylemi artırabilir ve doğanın iyileştirme sürecini hızlandırabilir. Mikroplar bazen az sayıda olabilir veya hiç bulunmayabilir. Bu durumlarda, aerobik bakteri ve mantar gibi mikrobiyal ajanlar biyoremediasyon süreci boyunca takviye olarak eklenir. Toprak veya su ile birleştirildiğinde, bu mikrobiyal ikameler doğru koşullar altında durumu hızla iyileştirir.
Her biyoremediasyon tekniğinde farklı olmak üzere oksijen, sıcaklık, ortamın pH değeri, ortamdaki besinler vb. faktörler yani ilgili mikroorganizmaya uygun şartlar aranmaktadır. Mikroorganzimalar ancak uygun şartlar altında çalışabilmektedir.
Gelişen biyoteknoloji sayesinde biyoremediasyon yöntemleri sürekli olarak geliştirilmekte ve daha verimli hale getirilmektedir. Özellikle genetik mühendislik, bu alanda büyük bir potansiyel sunmaktadır. Örneğin, belirli bakteriler genetik olarak modifiye edilerek daha hızlı ve etkili bir temizlik süreci sağlanabilir. Bu bakteriler, toksinlere karşı daha dayanıklı hale getirilebildiği gibi, farklı kirleticilere karşı da özelleştirilebilir. Ayrıca, biyoreaktörler gibi kontrollü sistemler kullanılarak bakterilere en uygun yaşam ve çoğalma ortamları sağlanabilmektedir. Biyoremediasyon sürecinin verimliliğini önemli ölçüde artırmaktadır.
Biyoremediasyon uygulamaları, günümüzde petrol sızıntılarından endüstriyel atıklara kadar pek çok farklı alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak bu teknolojinin potansiyeli henüz tam olarak keşfedilememiştir. İlerleyen yıllarda, artan çevresel farkındalık ve teknolojik gelişmeler sayesinde biyoremediasyonun kullanım alanlarının daha da genişlemesi beklenmektedir.
BİYOREMEDİASYON SINIFLANDIRILMASI
Biyoremediasyon yöntemleri temizleme işleminin nerede yapıldığına bağlı olarak temelde iki ana başlık altında değerlendirilir In-situ (yerinde) temizleme ve Ex-situ (yerinden çıkarılarak temizleme). Bu yöntemlerin altında ise farklı biyoremediasyon teknikleri ve stratejileri yer almaktadır.
In-Situ Bioremediation
In-situ biyoremediasyon, kirliliğin kaynağında temizlenmesi anlamına gelir. Yani, kirleticiler herhangi bir yere taşınmadan direkt olarak kaynağındaki bölgede temizlenir. Ekosisteme daha az zarar vermesi ve maliyetinin az olması gibi avantajlara sahipken sürecin daha yavaş işlemesi ve her zaman %100 temizleme olmaması gibi dezavantajlara da sahiptir.
Ex-Situ Biyoremediasyon
Ex-situ biyoremediasyon ise kirlenmiş toprak veya suyun bulunduğu yerden çıkarılarak farklı bir yerde temizlenmesini ifade eder. Bu yöntem, genellikle biyoreaktörler gibi kontrollü ortamlarda uygulanır. İn situ yöntemlerin aksine süreç çok daha hızlı ve verimlidir ancak maliyeti yüksektir.
In-Situ ve Ex-Situ Biyoremediasyonun Kullanım Alanları
Şimdiye kadar bahsettiğimiz iki başlık kirleticilerin nerede temizlendiğini açıklamaktadır. Nasıl temizlendikleri konusunda da bu iki başlık altında değerlendirilen biyoremediasyon yöntemleri bulunmaktadır. Bu yöntemleri aşağıdaki başlıklarda inceleyebilirsiniz. Yöntemlerden bazıları iki başlık için de kullanıma uygunken (in-situ ve ex-situ) bazıları sadece tek bir tanesi için kullanılabilmektedirler.
1. Bioventing Nedir?
Bioventing, yer altındaki kirlenmiş toprak ve su ortamlarında bulunan biyolojik olarak parçalanabilen organik kirleticileri, yerel mikroorganizmaların faaliyetlerini teşvik ederek gideren bir biyoremediasyon (biyolojik arıtma) tekniğidir. Bu süreçte havalandırma kullanılarak oksijen seviyeleri artırılır ve aerobik mikroorganizmaların organik kirleticileri metabolize etmesi sağlanır.
2. Biosparging Nedir?
Biosparging, yer altı suyunun ve doymuş toprak katmanlarının biyolojik olarak parçalanabilen kirleticilerden arındırılması için kullanılan bir biyoremediasyon tekniğidir. Bu süreçte, basınçlı hava veya oksijen gazı yer altı suyuna enjeksiyon kuyuları aracılığıyla enjekte edilir ve mevcut mikroorganizmaların organik kirleticileri parçalama kapasitesi artırılır.
3.Natural Attenuation (Doğal Seyrelme) Nedir?
Natural attenuation, yani doğal seyrelme, kirleticilerin doğal süreçler aracılığıyla zamanla parçalanması, taşınması veya etkilerinin azalması anlamına gelir. Bu süreç, herhangi bir mühendislik müdahalesi olmadan, mikrobiyal bozunma, seyreltme, adsorpsiyon, uçuculaşma (volatilizasyon) ve kimyasal reaksiyonlar gibi doğal mekanizmalarla gerçekleşir.
4. Bioaugmentation Nedir?
Bioaugmentation, kirlenmiş çevresel alanlara spesifik mikroorganizmaların eklenerek biyoremediasyon (biyolojik arıtım) süreçlerinin hızlandırıldığı bir tekniktir. Bu işlem, özellikle doğal mikrobiyal toplulukların yeterli bozunma kapasitesine sahip olmadığı durumlarda uygulanır.
6. PRB Nedir?
Geçirgen Reaktif Bariyer (Permeable Reactive Barrier, PRB), yer altı suyunda bulunan kirleticileri kimyasal, fiziksel veya biyolojik reaksiyonlarla temizlemek amacıyla yer altına yerleştirilen geçirgen bir bariyerdir. PRB’ler, geçirgenliği yüksek ve reaktif malzemeler içeren bir duvar olarak çalışır. Yer altı suyu doğal akışıyla bu bariyerin içinden geçerken, kirleticiler reaktif malzemeler tarafından tutulur, çökeltilir, parçalanır veya dönüşüme uğratılır.
7. Electro-Bioremediation Nedir?
Electro-Bioremediation, elektrokimyasal süreçler ile biyolojik arıtma süreçlerini birleştiren gelişmiş bir biyoremediasyon teknolojisidir. Bu süreçte düşük voltajlı elektrik akımı uygulanarak mikrobiyal aktivitenin artırılması ve kirleticilerin mobilizasyonu sağlanır. Elektrik alanı, iyon taşınımı, elektroferez, elektroosmoz gibi mekanizmaları harekete geçirerek biyolojik bozunmayı hızlandırır ve metallerin yer değiştirmesini sağlar.
8. Landfarming Nedir?
Landfarming, kirlenmiş toprağın yüzeysel olarak yayılarak doğal mikrobiyal aktivitenin artırılmasıyla kirleticilerin biyolojik olarak bozundurulduğu bir biyoremediasyon (biyolojik arıtım) yöntemidir. Landfarming, doğrudan sahada uygulanabilen (in-situ) veya belirli bir tesise taşınarak arıtılabilen (ex-situ) bir yöntemdir. Temel prensip, mikroorganizmaların kirleticileri doğal olarak parçalayabilmesi için oksijen, besin ve nem seviyelerini optimize etmektir.
9. Biopiles Nedir?
Biopiles (Biyopiller, Biyohücreler), kirlenmiş toprağın kontrollü koşullar altında yığınlar halinde toplanarak mikroorganizmalar tarafından biyolojik olarak arıtıldığı bir biyoremediasyon (biyolojik arıtım) yöntemidir.
10. Biyoreaktör Nedir?
Biyoreaktörler, mikroorganizmalar, enzimler veya hücre kültürleri kullanılarak biyolojik reaksiyonların kontrollü koşullar altında gerçekleştiği kapalı sistemlerdir. Bu sistemler, biyoteknoloji, çevre mühendisliği ve ilaç endüstrisi gibi birçok alanda kullanılır. Biyoreaktörler atık su arıtımı, biyoyakıt üretimi, biyoremediasyon (biyolojik arıtım) ve farmasötik üretim gibi çeşitli uygulamalarda önemli bir rol oynar. Çevre mühendisliği açısından, biyoreaktörler biyoremediasyon için kullanıldığında, kirleticileri mikroorganizmalar aracılığıyla parçalayarak temiz su, toprak veya hava elde edilmesini sağlar.
11. Biostimulasyon Nedir?
Biostimulasyon, çevresel kirleticilerin mikroorganizmalar tarafından biyolojik olarak parçalanmasını artırmak için besin maddeleri, elektron alıcıları veya diğer çevresel faktörlerin optimize edilmesini içeren bir biyoremediasyon (biyolojik arıtım) stratejisidir. Bu yöntemde, doğal olarak bulunan mikroorganizmalar desteklenerek kirletici maddeleri daha etkili bir şekilde ayrıştırmaları sağlanır. Harici mikroorganizma eklemeye (bioaugmentation) gerek kalmadan, mevcut mikrobiyal topluluğun aktivitesi artırılır.
12. Fitoremediasyon Nedir?
Fitoremediasyon, bitkilerin kökleri, gövdeleri, yaprakları ve mikrobiyal toplulukları kullanılarak kirlenmiş toprak, su ve havanın biyolojik olarak temizlenmesini sağlayan çevre dostu bir biyoremediasyon yöntemidir. Fitoremediasyon, düşük maliyetli, sürdürülebilir ve geniş alanlarda uygulanabilir olması nedeniyle çevresel kirliliği azaltmada önemli bir rol oynar.
13. Biyosorpsiyon Nedir?
Biyosorpsiyon, biyolojik materyallerin (canlı veya ölü mikroorganizmalar, bitki materyali, algler, mantarlar ve bakteriler) çözünmüş kirleticileri (ağır metaller, radyoaktif maddeler ve organik bileşikler) bağlayarak ortamdan uzaklaştırmasını sağlayan bir biyoremediasyon yöntemidir. Bu süreç, kimyasal madde veya enerji girişi gerektirmeden kirleticileri doğal biyolojik yüzeylere adsorplama (yüzeye bağlama) veya iyon değişimi yoluyla ortamdan uzaklaştırma prensibine dayanır.
14. Mikrobiyal Biyoremediasyon Nedir?
Mikrobiyal biyoremediasyon, mikroorganizmaların (bakteriler, mantarlar ve arkeler) kirlenmiş çevre ortamlarında bulunan organik ve inorganik kirleticileri bozarak veya dönüştürerek ortamdan uzaklaştırmasını sağlayan biyolojik bir arıtma yöntemidir.
15. Mikroalg Biyoremediasyonu Nedir?
Mikroalg biyoremediasyonu, mikroalglerin (fotosentetik mikroorganizmalar) kullanılarak su, toprak ve havadaki kirleticilerin biyolojik olarak uzaklaştırılması veya dönüştürülmesi sürecidir. Mikroalg biyoremediasyonu, sürdürülebilir, düşük maliyetli ve çevre dostu bir yöntemdir, çünkü mikroalgler karbondioksit (CO₂) yakalayıp oksijen (O₂) üreterek su ekosistemlerini iyileştirebilir.
EXXON VALDEZ PETROL SIZINTISI VE BİYOREMEDİASYONUN GÜCÜ
Biyoremediasyon teknikleri çevre kirliliği ile mücadelede her alanda kullanılabilir. Temizlenecek ortamın bulunduğu koşullara bağlı olarak kullanılacak biyoremediasyon yöntemleri değişmektedir. Örneğin bu yöntemin uygulanacağı ortamın yöntemde kullanılacak mikroorganizma için uygun ph, sıcaklık vb. değerlerine sahip olmalıdır. Günümüzde Petrol sızıntıları, endüstriyel atıkların temizlenmesi yer altı sularının kirliliği gibi durumlar biyoremediasyon yöntemleri ile temizlenebilmektedir. Bu konuyla ilgili olarak Exon Valdez Petrol Sızınstısı olayı tek başına çok yerinde bir örnek olarak karşımıza çıkmaktadır. Gelin bu olayı biraz daha yakından inceleyelim
1989 yılının mart ayında Exon Denizcilik firması tarafından işletilmekte olan Exon Valdez petrol tankeri Valdez terminaliden California’ya doğru yolculuğuna başlamıştı. Gece yarısı 1 sularında hareketinde devam eden Exon Valdez gemi kaptanın bazı hatalı kararları sonucu 205 milyon litre petrol ile birlikte Prens William Boğazında kayalık bir resife çarparak tarihin en büyük çevre felaketlerinden birine sebep oldu. Kesin miktar tam olarak bilinmese de yaklaşık olarak 100 milyon litre petrolün okyanusa karıştığı tahmin edilmektedir. Olayların sabahında fatura daha açık bir şekilde çıplak gözle görülür hale gelmişti. Masmavi okyanus kapkara bir hal almıştı. Deniz kuşları kanatlarına yapışan kalın petrol tabakası yüzünden uçamıyordu. Su samurları ve foklar boğularak can veriyordu. Karıncalı kıyı kayalıkları, zift gibi simsiyah bir maddeyle kaplanmıştı. Petrol, güçlü dalgaların etkisiyle kıyıya doğru ilerlerken deniz ekosisteminin tamamı tehlike altına girdi.
Balıkçılar ve yerel halk, gözleri yaşlı bir şekilde kıyıya vuran balıkları ve petrol yutmuş kuşları topluyorlardı. Felaketin boyutu sadece ekosistemi değil, aynı zamanda balıkçılık ekonomisini ve yerel toplulukların yaşamını da tehdit ediyordu. Tüm bu olaylar sonrasında ABD hükümeti ve Exon denizcilik firması felaketin temizlenmesi için harekete geçtiler. İlk saatlerde yapılan çalışmaların yeterli olmayacağı fark edilerek yeni yollar aranmaya başlandı. O sırada biyoremediasyon fikri ortaya atıldı. Petrolü parçalayabilen doğal bakteriler üzerinde çalışmalar başladı. Bilim insanları, bu bakterilerin büyümesini hızlandırmak ve petrolün daha hızlı parçalanmasını sağlamak için azot ve fosfor bazlı besin maddeleri kullandılar. Bu yöntem sayesinde bakteri kolonileri çoğaldı ve petrolü sindirme işlemi hızlandı. Biyoremediasyon teknolojileri kirliliğin tamamı çözülmesinde tek başına rol oynamasa da kullanılan en etkili çözüm yöntemlerinden biri olmuştu.
GELECEK YILLARDA BİYOREMEDİASYON
Gelecek yıllarda biyoremediasyonun, çevre dostu teknolojilerin ön planda olduğu bir dönemde daha da önem kazanması beklenmektedir. Gelişen genetik mühendisliği sayesinde, petrol, ağır metaller ve radyoaktif atıklar gibi daha zorlu kirleticileri etkili bir şekilde parçalayabilen özel mikroorganizmalar üretilecektir. Ayrıca, biyoreaktör teknolojilerindeki ilerlemelerle kontrollü ortamda daha hızlı ve verimli biyoremediasyon süreçleri sağlanacaktır. Deniz ve okyanuslarda biriken plastik atıkların parçalanması gibi yeni kullanım alanlarının da eklenmesiyle biyoremediasyon, küresel çevre koruma çabalarının temel taşlarından biri haline gelecektir. Bu teknolojinin daha yaygın kullanımı, sürdürülebilir bir dünya için umut vaat etmektedir.
Kaynakça
https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/bioremediation
https://www.artemisaritim.com/exxon-valdez-tanker-kazasi
https://www.intechopen.com/chapters/70661
https://www.waste2water.com/bioremediation-benefits-and-uses/
