Koj kirliliği atıksuyunda aerobik denitrifiye eden bakteri Stutzerimonas stutzeri’nin izole edilmesi ve kok kömürü atıksuyu arıtımındaki uygulaması

Fabrika suyunun temizlenmesi neden önemli

Çelik üretimi ve diğer ağır endüstriler, kömürü kok adı verilen, yüksek ısıyla üretilen ve yüksek fırınları çalıştıran bir yakıta dönüştürmek için özel fırınlar kullanır. Bu süreçte tesisler koyu renkli, kimyasal yüklü atıksular üretir. Bu su yüksek düzeyde azot bileşikleri ve inatçı organik kirleticiler taşır; bunlar toksik alg patlamalarına yol açabilir, balıkları zehirleyebilir ve içme suyunu kirletebilir. Bu makalenin temelini oluşturan çalışma, bir kok kömürü tesisinin kendi atıksuyundan izole edilen doğal bir bakterinin, zor arıtılan bu atıksudan tehlikeli azot ve organik kirleticileri uzaklaştırmak için nasıl kullanılabileceğini araştırıyor.

Zorlu bir atıksu türü

Kok kömürü atıksuyu, endüstriyel deşarjlar arasında en kirli olanlardan biridir. İçinde nitrat, nitrit ve amonyak gibi çeşitli formlarda azot; ayrıca bazıları kanserojen olabilen karmaşık organik kimyasallar bulunur. Arıtılmadan bırakıldığında bu azot, alg ve su bitkilerinin patlayıcı büyümesini besler ve oksijenin düşmesine yol açarak balık ve diğer su canlılarını boğar. İnsanlarda aşırı nitrat, bebeklerde kanın oksijen taşıma kapasitesini düşürebilir ve kansere bağlı bileşiklerin oluşumuna katkıda bulunabilir. Tuzluluk, azot ve toksik organiklerin bu karışımı nedeniyle kok kömürü atıksuları sıradan kanalizasyon atıklarından daha zor arınır ve geleneksel arıtma tesislerini zorlar.

Atıksuyun içinden bir yardımcı mikroorganizma bulmak

Araştırmacılar, bir kok kömürü tesisinin düşük oksijenli bir bölgesinden su örnekleri topladılar ve nitratı uzaklaştırabilen mikroorganizmaların çoğalmasını destekleyen koşullarda bunları kullandılar. Titiz bir seyreltme ve saflaştırma dizisinin ardından birkaç bakteri suşu izole ettiler ve en umut vereni tanımlamak için 16S rRNA geninin DNA dizilemesini kullandılar. Stutzerimonas stutzeri KA1 adını verdikleri bu suş, nitratı zararsız azot gazına dönüştürmesiyle bilinen bir grubun üyesiydi. Ekip daha sonra farklı suşların kontrollü bir laboratuvar ortamında nitratı ne kadar iyi azalttığını karşılaştırdı. KA1, ılık ve hafifçe karıştırılan koşullarda nitrat konsantrasyonlarını hızla düşürerek sanayi uygulamaları için öne çıkan aday oldu.

Bu bakterinin neleri kaldırabileceğini test etmek

KA1’in gerçek arıtma sistemlerinde nasıl performans gösterebileceğini görmek için bilim insanları tek tek faktörleri değiştirdi: besin kaynağı türü, karbon‑azot dengesi, oksijen seviyesi ve asitlik/alkalinlik (pH). Basit, kolay sindirilebilir karbon kaynaklarının en iyi sonuç verdiği görüldü; sodyum asetat kullanıldığında KA1 yaklaşık 40 saat içinde neredeyse tüm nitratı uzaklaştırdı. Orta düzeyde bir karbon‑azot oranı en hızlı uzaklaştırmayı sağladı; çok az karbon bakterileri aç bırakırken, fazla karbon ek fayda getirmedi. İlginç şekilde KA1, hiç oksijenden tam oksjenli koşullara kadar geniş bir çözünmüş oksijen aralığında çalışmaya devam etti; bu da havanın tanklara verildiği durumlarda bile denitrifikasyonu sürdürebileceğini gösteriyor. Ayrıca pH 6 ile 10 arasında neredeyse tamamen nitrat giderimi sağladı ki bu aralık birçok gerçek dünya atıksuyunu kapsıyor. Bu özellikler, değişen koşullara dayanabilen ve etkinliğini kaybetmeyen dayanıklı bir mikroorganizmayı işaret ediyor.

Flasktan çalışan bir reaktöre

Ekip daha sonra küçük şişelerden, gerçek tesislerdeki döngüleri taklit eden sıralı partili reaktörler adı verilen minyatür arıtma sistemlerine geçti. Tüm reaktörlere aktif çamur, yani arıtımda yaygın olarak kullanılan mikrobiyal karışım verildi; ancak yalnızca ikisi KA1 ile “biyoaugmente” edildi. Tekrarlanan işletme döngüleri boyunca tüm reaktörler başlangıçta bir miktar nitrat giderimi sağladı; bu, yerel mikroorganizmaların zaten faal olduğunu gösterdi. Zaman ilerledikçe ise biyoaugmentasyon yapılmamış reaktör performans kaybı yaşarken, KA1 ile zenginleştirilen reaktörler iyileşmeye devam etti ve sonunda özellikle diğer bakterileri sıklıkla engelleyen tuzlu koşullar altında bile belirgin biçimde daha yüksek nitrat giderimi elde etti. Çalışma ayrıca kimyasal oksijen ihtiyacını (KOİ) —organik kirliliğin geniş bir ölçütünü— izledi ve KA1 ile muamele edilen sistemlerin bu organikleri kontrollerden daha hızlı parçaladığını, KOİ seviyelerini daha çabuk sıfıra yaklaştırdığını buldu.

Daha temiz bir sanayi için ne anlama geliyor

Uzman olmayanlar için temel mesaj, araştırmacıların arıtılması gereken çok sert suda bile gelişebilen dayanıklı bir “temizleyici” bakteri bulup test ettikleridir. Stutzerimonas stutzeri KA1, oksijen, tuz ve pH koşullarının gerçekçi bir aralığında neredeyse tüm nitratı uzaklaştırabilir ve aynı zamanda diğer organik kirleticilerin giderilmesine de yardımcı olur. Standart arıtma sistemlerine eklendiğinde, mevcut mikrobiyal topluluğun tek başına yapabildiğinin ötesinde hem azot hem de KOİ giderimini artırır. Verimli çalışması ve zorlu koşullara dayanması nedeniyle KA1, çelik ve kok kömürü tesislerinin çevresel standartlara uymasını daha ucuz ve kolay hale getirebilir; böylece azot kaynaklı su kirliliği yükünü azaltıp aşağı akıştaki nehirleri, gölleri ve kıyı ekosistemlerini korumaya katkı sağlayabilir.

Atıf: Naseer, K., Ashfaq, K., Shamim, A. et al. Isolation of aerobic denitrifying bacteria Stutzerimonas stutzeri and its application in coking wastewater treatment. Sci Rep 16, 8717 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43338-6

Anahtar kelimeler: kok kömürü atıksuyu, aerobik denitrifikasyon, Stutzerimonas stutzeri, biyoaugmentasyon, azot giderimi