Aerobik düzenli depolama biyoreaktörlerinde gümüş nonopartiküllerin mikrobiyal çeşitliliğe etkilerinin fish fluorescence in sitü hybridi zation yöntemi ile incelenmesi

Abstract

Antibakteriyel özelliği bilinen gümüşün, nanoteknolojik gelişmelerle birlikte birçok sektörde ham madde olarak kullanılması depolama sahalarındaki mikrobiyal yapıya olan etkisini araştırma ihtiyacı doğurmuştur. Bu çalışmanın amacı depolama sahalarını simule eden biyoreaktörlerin aerobik koşullar altında gümüş nanopartikülün davranışı, taşınımı ve mikrobiyal çeşitliliğe olan etkisini incelemektir. Bu sebeple, laboratuar koşullarında her biri 35 L hacminde olan iki adet biyoreaktör tasarlanmış, Sakarya ili kentsel katı atığını temsil edecek şekilde hazırlanan atıklar ile doldurulmuştur. Gümüş nanopartikül (AgNP) çözeltisi eklenen biyoreaktör AgSR ve kontrol grubu biyoreaktörü SR mezofilik şartlarda aerobik ve geri devirli olarak işletilmiştir. Araştırmanın başında ve sonunda katı atık analizleri, nem muhtevası, elementel analiz, yoğunluk ve ağır metal analizleri yapılmıştır. Sızıntı suyundaki gümüş nanopartikülden kaynaklanan değişimler pH, alkalinite, ORP, toplam çözünmüş katı madde, iletkenlik, klorür, KOİ, Çözünmüş KOİ, TOK, NO2-, NO3-, NH4+, TP, PO4-3, SO4-2, SO3-2, S2- analizleri yapılarak değerlendirilmiştir. Mikrobiyal çeşitlik geleneksel yöntemlere kıyasla daha hızlı ve doğruluğu kesin sonuçlar veren moleküler tekniklerden Fluorescence in situ hybridization (FISH) tekniği kullanılarak incelenmiştir. Sonuç olarak antibakteriyel etkisi olduğu bilinen gümüş nanopartikülün evsel atığa 10 mg/kg yüklenmesine rağmen atıkların biyolojik ayrışmasına engel teşkil edecek toksik etkisi gözlenmemiştir. Bununla birlikte sülfat indirgeyen bakterilerin gümüş nanopartiküller tarafından inhibe olması substrat rekabetini nitrifikasyon bakterilerinin kazanmasına yol açmıştır. AgSR'deki ayrışma AgNP'e rağmen devam etmiş ve kontrol reaktörü ile aynı ayrışma trendini göstermiştir. AgNP'ün sızıntı suyunda birikmeyip katı atık numunelerinde tutunduğu görülmüştür. Gümüş nanopartikül sızıntı suyundan çok atığın kendi bünyesinde biriktiğinden sızıntı suyu ile yeraltı veya yüzeysel sulara taşınımının da kısıtlı olduğu düşünülmektedir. Anahtar kelimeler: Düzenli depolama, aerobik biyoreaktör, gümüş nanopartikül, mikrobiyal analiz, FISH

Along with nanotechnological developments, the use of silver which has antibacterial properties as a raw material in many sectors led to the need to better understand its effect into the microbial structure in the landfills. The aim of this study is to examine the behavior and transport of silver nanoparticles and their effects for the microbial diversity in the simulated bioreactor landfills operated under aerobic conditions. For this reason, two bioreactors with a volume of 35 L were constructed in the laboratory conditions and filled with the synthetically prepared solid waste representing the average municipal solid waste composition of Sakarya. The bioreactor with nanosilver particle solution (AgSR) and the control bioreactor (SR) were operated under aerobic and mesophilic conditions with leachate recirculation. Preliminary and final analyses on the waste matrix were carried out for moisture content, density, elemental and heavy metal analyses. Leachate were monitored to understand the effect of the silver nanoparticles for pH, alkalinity, ORP, total dissolved solids, conductivity, chloride, COD, dissolved COD, TOC, NO2-, NO3-, NH4+, TP, PO4-3, SO4-2, SO3-2, S2-. Microbial diversity has been investigated using fluorescence in situ hybridization (FISH) molecular technique that yield faster and more accurate results when compared to the conventional methods. As a conclusion, toxic effect has not been observed although the silver nanoparticle having antibacterial effect is loaded into solid waste as 10 mg / kg. On the other hand, nitrification bacteria gained the substrate competition due to the inhibition of sulphate reductive bacteria by silver nanoparticles. Waste stabilization of the AgSR and control reactors indicated the same decrease trend. AgNP did not accumulate in the leachate and was found to be retained in solid waste matrix. Therefore, it was thought that the transport of AgNP into groundwater and surface water would be limited. Keywords: Landfill, aerobic bioreactor, silver nanoparticles, microbial analysis, FISH