Biyodegredasyon, mikroorganizmaların metabolik ya da enzimatik işlemle kimyasal yapıya dönüştürdüğü maddelerin çevreye atılmasının bir sürecidir. Başka bir deyişle; yaşayan mikrobiyal organizmalar ile organik bileşiklerin enzimler tarafından küçük parçalara ayrılması işlemidir. Mikrobiyal organizmalar enzimatik ya da metabolik süreçlerle maddeleri değiştirirler. Biyodegredasyon süreçleri oldukça iyi bir şekilde dönüştürülmesine rağmen, degredasyonun son ürünü genellikle metan ve karbondioksittir.
Aerobik Biyodegredasyon Nedir?
Aerobik biyodegredasyon, mikroorganizmalar tarafından oksijen varlığında bileşiklerin ayrıştırılmasıdır. Bunlar sadece oksijen varlığında yaşamaktadırlar ve bileşikleri bu biçimde ayrıştırırlar. Birçok organik bileşik, aerob olarak adlandırılan bakteri sayesinde aerobik şartlar altında çabucak ayrıştırılır. Aerobik bakterinin oksijene dayanan bir metabolizması bulunur. Aeroblar, şeker ve yağ gibi substratları oksijen kullanarak oksidize eder ve bundan enerji kazanırlar. Bu durum hücresel solunum olarak bilinen bir süreçtir.
Hücresel solunumun başlamasından önce, bazı organik bileşikler (glukoz molekülleri gibi) küçük moleküllere dönüştürülür. Bu durum, aerobun sitoplazmasında gerçekleşir. Kimyasal reaksiyonların bir bölümü, oksijen sayesinde bu moleküllerden enerji toplar. Su ve karbondioksit, aerobik solunumun esas atık ürünlerindendir.
Anaerobik Biyodegredasyon Nedir?
Biyodegrede etme özeliği olan atık, anaerobik solunumun süreci sırasında ve oksijenin yokluğunda ayrıştırılır. Diğer materyaller ve kağıt, normal olarak yavaş ve birkaç yıl içinde ayrıştırılırlar. Bu solunum süreci, değişik türdeki mikroorganizmaların birlikte çalışmasını gerektirmektedir ve bu yavaş bir süreçtir.
Anaerobik solunum; karbondioksit, metan ve biyokütle (biyomas) ihtiva eden organik atıkları dönüştürür. Yaygın şekilde biyodegrede edebilir ve genellikle atık su çamuru arıtmak için kullanılmaktadır. Çünkü materyalin içinde bulunan madde, hacim ve kütle indirgenmesi ile atığın içinde bulunan yok edici mikroorganizmaların etkili bir şekilde çalışmasını sağlar.
Atık yönetim sisteminin bir parçası olan anaerobik solunum, atmosfere salınan gaz emisyonunu azaltmaktadır. Anaerobik solunum yenilebilir bir enerji kaynağıdır. Çünkü süreç karbondioksit ve metan gibi zengin biyogaz enerji ürünlerini üretmekte, ayrıca fosil yakıtların yerini almaktadır. Bununla birlikte besince zengin olan maddeler, solunumun ardından yem olarak kullanılabilir. Mikroorganizmaların sinerjistik birlikteliği, organik materyali fermente eder ve metan gazına dönüştüren süreci başlatır.
Biyodegredasyon Süreci
Çözünebilen yani Biyodegrede edilebilen bir madde, genel olarak yaşayan organizmaların atıkları, hayvan ve bitki gibi organik maddelerdir. Bazı mikroorganizmalar, doğal olarak poliklorinat bifeniller (PCBs), poliaromatik hidrokarbonlar (PAHs), radyonükleidler, metaller ve radyonükleidler içeren bileşiklerin büyük bir bölümünü degrede edebilmek için katabolik bir süreç meydana getirirler. Organik materyaller, oksijenin varlığında aerobik, oksijen yokluğunda ise anaerobik olarak ayrıştırılabilirler.
Anaerobik Solunumun Biyolojik ve Kimyasal Basamakları Nelerdir?
1-) Hidroliz: Genellikle büyük organik polimerler biyomas oluştururlar. Bakteri, materyalin enerji potansiyeline erişebilmek için anaerobik solunumu kullanır ve bu zincirler öncelikle küçük yapıtaşları şeklinde kırılmak zorundadırlar. Şeker gibi monomerlerin yapı taşları, diğer bakteriler tarafından (karbonhidrat, yağlar, selüloz ve protein gibi) hazır hale getirilir.
2-) Asidojenez: Biyolojik bir işlem olan asidojenez, asidojenik bakteri tarafından değişime uğramayan bileşimlerin daha fazla ayrıştığı yerde olmaktadır. Buradaki mikrobiyal süreç, organik materyali metabolize eder ve daha sonra organik asit, hidrojen, karbondioksit ve diğer maddelere dönüştürür. Asidojenezin süreci, mayalanmış sütle benzerlik gösterir.
3-) Asetojenez: Asidojenez fazından oluşan basit moleküller, acetojenler tarafından karbondioksit, hidrojen ve asetik aside dönüştürülürler.
4-) Metanojenez: Anaerobik solunumun son adımı, biyolojik bir işlem olan metanojenezdir. Metanojenlerin faydalandığı, bir önceki basamağın en sonuncusu olan işlemdir. Bu işlemde maddeler karbondioksit, su ve metana dönüştürülür. Bu adımın sonrasında ise, enerji üretimi için biyogaz toplanır.