Aktif karbonun lakkaz enzimiyle biyorejenerasyonu

Abstract

Aktif karbon, konvansiyonel biyolojik atıksu arıtma tesislerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Aktif karbon biyolojik sistemlerde kombine edildiğinde toksik etkisi olan organik bileşikleri adsorplamaktadır ve mikroorganizmaları bu toksik etkilerden korurken, aktif çamurdaki mikrobiyal topluluk da zamanla bu bileşiklere aklime olmaktadır. Böylece mikroorganizmalar zamanla bileşiklerin parçalanması için uygun enzimleri üretmektedirler. Adsorplanmış bileşiklerin konsantrasyon gradyanıyla veya enzimatik aktivitelerle aktif karbonun gözeneklerinden desorbe olmaları ve sonrasında aklime olmuş mikroorganizmalarla biyolojik olarak ayrıştırılmalarına aktif karbonun biyorejenerasyonu denmektedir. Biyorejenerasyon, aktif karbonun kullanım süresini arttırarak aktif karbon ilavesi veya rejenerasyonuyla ilgili masrafları azaltmaktadır.Literatürdeki çalışmalarda aktif karbonun enzimatik biyorejenerasyonun gerçekleşmesi birçok kez tahmin edilmiştir, fakat doğrudan enzim kullanılmadığı veya işlev gören enzimler tespit edilmediği için enzimatik biyorejenerasyon kesin olarak tespit edilememiştir. Bu çalışmada, hedef bileşik olarak öncelikli mikrokirleticiler arasında bulunan fenol, 2-nitrofenol ve bisfenol-Anın arıtılmasında aktif karbonun enzimatik biyorejenerasyonu incelenmiştir. Bu amaçla kimyasal ve termal olarak aktive edilmiş granüler aktif karbonlar ile adsorpsiyon, abiyotik desorpsiyon ve enzimatik biyorejenerasyon çalışmaları yapılmıştır. Fenolik bileşikleri reaksiyona soktuğu literatürden bilinen lakkaz enzimi enzimatik degredasyon ve biyorejenerasyon çalışmalarında kullanılmıştır.Sonuçlar enzimatik biyorejenerasyon verimleri ile abiyotik desorpsiyon verimleri arasında hedef bileşik ve aktif karbon türüne bağlı olarak değişen değerlerde önemli farklar olduğunu göstermiştir. Bu sonuçlar literatürde ilk defa sadece hücre dışı enzimlerden kaynaklanan biyorejenerasyonu nicel olarak göstermiştir.

Activated carbon is widely used in conventional biological wastewater treatment plants. When activated carbon is combined in biological systems, it adsorbs organic compounds that have toxic effects and protects microorganisms from these toxic effects, while the microbial community in the activated sludge acclimates to these compounds in time. Thus, microorganisms produce enzymes suitable for decomposition of these compounds withintime. The desorption of the adsorbed compounds due to formation of aconcentration gradient or by enzymatic activities through the pores of the activated carbon and subsequent biodegradation by microorganisms that have been considered is called bioregeneration of activated carbon. Bioregeneration reduces the costs associated with the addition or regeneration of activated carbon by increasing the lifetime of the activated carbon.In the literature, enzymatic bioregeneration of activated carbon has been predicted many times, but enzymatic bioregeneration could not be determined precisely because neitherdirect enzyme was used nor functional enzymes were detected. In this study, enzymatic bioregeneration of activated carbon in the purification of phenol, 2-nitrophenol and bisphenol-A, which are among the primary micro-pollutants as target compound, was investigated. For this purpose, adsorption, abiotic desorption and enzymatic bioregeneration studies were carried out with chemically and thermally activated granular carbons. The laccase enzyme, which is known from the literature to react with phenolic compounds, has been used in enzymatic degradation and bioregeneration studies. The results showed that there were significant differences between enzymatic bioregeneration yields and abiotic desorption yields with varying values depending on the target compound and the type of activated carbon. This was the first time in the literature that bioregeneration caused only by extracellular enzymes was shown quantitatively.