Mathematical modeling Ni2+ biosotption by Schizosaccharomyces pombe, using universal sigmoid approach - Bükçü, Rumeysa (My University, 2014)
Metallerle kirlenmiş atık suların uygun olmayan yöntemlerle arıtımı ve bertarafı toprak ve su kirliliği problemlerine yol açmaktadır.Çevrenin toksik ağır metaller ile kirlenmesi endüstriyel gelişme nedeniyle giderek artan dünya çapında bir sorundur.Ağır metallerin, canlı tarafından dokularda biriktirilebilmesi ve metabolizmada bu ağır metallerin neden olabileceği toksik etkiler tartışılmaz bir gerçektir.Bu durum çevre ve insan sağlığını olumsuz yönde etkilemektedir. Ağır metallerin gerek endüstriyel atık sulardan ve gerekse ağır metal ile kirlenmiş/ kirletilmiş çevresel su kaynaklarından uzaklaştırılmasında çeşitli kimyasal ve fiziksel süreçler kullanılmaktadır. Ancak bu yöntemlerin ekonomik olmayışları ve elde edilen arıtım düzeyinin yeterli olmaması nedeniyle bu alanda önemli bir potansiyele sahip mikroorganizmaların etkin bir şekilde kullanıldığı ve tercih edildiği görülmektedir (Volesky, 1990). Mikroorganizmalara özgü hücre yüzeyi özellikleri sıvı fazdaki ağır metal iyonlarının tutulmasını sağlamaktadır. Biyosorpsiyon –inaktif hücreler tarafından belirli molekül ve iyonların tutulması- ve biyobirikim –canlı mikroorganizma hücreleri tarafından belirli molekül ve iyonların tutulması- süreçleri konvansiyonel metotlara karşı belirgin avantajlara sahiptir. Bu işlemler sonunda kimyasal içerikli çamur açığa çıkmaz, işletimi kolaydır ve düşük konsantrasyonlarda kirletici içeren çok miktarda atıksuyun arıtımı için bile daha az masraflıdır. Mikroorganizmaların sahip oldukları biyomoleküller gerek canlı ve gerekse ölü biyokütlelerin yüksek bir metal ilgisine sahip olmasını sağlamakta ve dolayısıyla çok yüksek bir biyosorpsiyon kapasitesi sunmaktadırlar. Bu amaçla çeşitli bakterilerin, fungusların ve alglerin kullanıldığı bilinmektedir (Kapoor ve Viraraghavan, 1998; Brady ve Duncan 1994).Ağır metal gideriminde kullanılacak olan mikroorganizmanın iyi bir biyosorbant olmasının yanı sıra ekonomik olaraküretilebilmesi de önemlidir. Pek çok endüstriyel alanda yaygın olarak kullanılan mayalar ekonomik olarak üretilebilmeleri, kolay elde edilebilir olmaları, çevresel değişimlere karşı hassas olmamaları gibi nedenlerle ağır metal giderim amacıyla kullanılabilecek önemli bir kaynaktır (Gupta ve ark. 2006).Bu çalışmada tek hücreli mayaların bir türü olan Schizosaccharomyces pombe, Ni2+ ayırma yöntemi için biyokütle olarak kullanılmıştır.Biokütle, artan Ni2+ konsantrasyonu ve değişen sıcaklık, ajitasyon hızı vb. gibi deneysel koşulları değiştirilerek, ilgili verileri değerlendiren matematiksel bir model geliştirilmiştir.Modelin güvenilirliği vedoğruluğu istatistiksel ki-kare yöntemi ile test edilmiştir.Bu yaklaşım, incelenen işlemin önemli bir simülasyon açıklaması olmuştur.

The utilization of microorganisms as biosorbents for the removal and recovery of heavy metals from industrial wastewaters has become a major alternative to conventional methods. Biosorption is one of those methods which implement microorganisms for that purpose. Microorganisms, active or inactive, can adsorb dissolved metals by courtesy of their special membrane characteristics. The design of the appropriate equipment and the estimation of optimum process input values have a great importance concerning the analysis and synthesis of the process under investigation. In order to obtain a dependable optimization scheme, the evaluation of a wide collection of biosorption data is required. Instead of using a time consuming and expensive database matrix, the development of a suitable mathematical model depending on process principles and a truncated experimental data may be more efficient approach to establish an optimization result.A satisfactorily accurate model of a system can be used to predict outcomes under varying conditions without the need for actual experimentation and observation. In this study, the inactiveand dried biomass of Schizosaccharomycespombe, a species of unicellular yeasts, was used as biomass for the bioremoval of Ni2+.S.pombe (972) was grown at its optimum media.Biosorption experiments were done at varying experimental conditions such as pH, temperature, metal concentration. The biomass was added to a 100 mL Ni (II) solution at predetermined initial metal (1, 2, 5, 10, 50 mg g-1), temperature(25, 30, 35, 50 C°)and pH (4.0, 5.0, 6.0) values to get a mixture of 1 g L-1sorbent content. Biosorption operations were performed in 250 mL Erlenmeyer ﬂasks which were agitated in an incubator shaker at 150 rpm for a total period of 2 h. As a result, effects of temperature, starting metal concentration and pH were investigated during the experiments. Autofit 3.0 program was used for the equilibrium studies by trying different isotherms running with different algorithms such as Levenberg-Marquardt and Maximum Inherit Optimization.A mathematical model was developed to evaluate the relevant data. Reliability and accuracy of the model were tested using chi-square statistical method. This approach is a significant simulated description of examined process.
Keywords: Arıtma; Atıksu; Biyomühendislik; Biyoteknoloji; Çevre Sağlığı; Endüstriyel Biyoteknoloji; Mayalar; Mikroorganizmalar; Sistem Biyolojisi