View of Farklı Su Kaynaklarındaki Mikroflora Üzerine TiO2 Fotokatalizasyonunun Etkisi

(1)

Farklı Su Kaynaklarındaki Mikroflora Üzerine TiO

₂

Fotokatalizasyonunun Etkisi

Figen ÖZYILDIZ Caner VURAL İsmail KARABOZ*

Ege Üniversitesi Fen Fakültesi Biyoloji Bölümü, Temel ve Endüstriyel Mikrobiyoloji Anabilim Dalı 35100 Bornova-İzmir

*_{Sorumlu Yazar} _{Geliş Tarihi :}_11.01.2010

e-posta: ismail.karaboz@ege.edu.tr Kabul Tarihi : 15.02.2010

Özet

TiO2 ucuz ve kararlı bir yapıdadır.Ayrıca ultraviyole (UV) ışığı altında sudaki zararlı organik bileşikleri O2, H2O ve CO2 gibi zararsız bileşiklere

dönüştürebilmektedir. Bu nedenle çalışmamızda, sularda alternatif bir dezenfeksiyon sistemi olabilmesi yönünde potansiyelin belirlenmesi açısından bu molekülün UV ışığı altındaki dezenfeksiyon etkisi araştırılmıştır. Yapılan analizlerde farklı kaynaklardan alınan su örneklerinin 2 saatlik UV-A ışığı altındaki TiO2 ile muamelesi sonucunda, atık su arıtım suyundaki toplam canlı sayısında %92, artezyen suyunda %85 oranında

inhibisyon gözlenmiştir. Ayrıca, sadece UV-A ışığına maruz bırakılarak TiO2’siz inhibisyon oranlarına bakılmıştır. Bu çalışma sonucunda ise atık

su arıtım suyundaki toplam canlı sayısında % 47, artezyen suyunda ise % 51 oranında azalma gözlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: TiO2 fotokatalizasyonu, Atık su dezenfeksiyonu, Mikrobiyal inhibisyon.

The Effect Of TiO

₂

Photocatalyzation onto Microorganisms in Different Water Sources

Abstract

In this assay, in terms of the unique advantages of TiO2 such as cheap and steady structure, the ability of its conversion of harmful components

to non toxic complexes such as O2, H2O, CO2 and from the point of it could be determined which has possible potential in water treatment systems as

an alternative disinfection system. Hence the effect of TiO2 disinfection with exposure UV irradiation was studied. Water samples which were taken

from different sources exposured to TiO2 with UV-A irradation for 2h. After this treatment, amount of total viable bacterial cells were inhibited with

the effect of the TiO2/UV-A as 92% and 85% in waste water and artesian water, respectively. Also, it was evaluated the rates of total inhibited cells

exposured with UV-A without TiO2. According to this study, it was seen that total viable cells were decreased to 47% and 51% in waste water and

artesian water, respectively.

Keyword: TiO2 photocatalyzation, Waste water disinfection, Microbial inhibition.

GİRİŞ

Günümüzde, gittikçe artan nüfusa paralel olarak kullanılabilir su kaynaklarında azalma görülmekte ve etkin bir su dezenfeksiyon uygulanması pek mümkün olamamaktadır. Bu sebepten dolayı hali hazırda kullanılabilir su dezenfeksiyonuna yönelik aktive edilmiş karbon gibi fizikokimyasal işlemler, koagülasyon ve çoklu-ortam toprak filtrasyonu gibi çeşitli uygulamalar mikroorganizmaların eradikasyonunda kullanılmaktadır. Ancak bu yöntemlerdeki ikinci ek işlemler dekontaminasyon maliyetini oldukça arttırmaktadır [1].

Çeşitli kaynaklardan elde edilen içme sularının mikrobiyolojik kalitesine bağlı olarak günümüze kadar dünya üzerinde birçok salgın hastalık ortaya çıkmıştır. Dünya Sağlık Örgütü’nün son yıllarda yaptığı bir çalışmaya göre özellikle üçüncü dünya ülkelerinde meydana gelen enfeksiyon hastalıklarının %80 oranında yeterince dezenfekte olmamış sulardan kaynaklandığı görülmüştür.

Su dezenfeksiyonu için dünyada kullanılan birkaç yöntem vardır. Bunlardan birisi olan klorlama yöntemi, su kaynaklı enfeksiyon hastalıklarını engellemek

amacıyla oldukça sık kullanılan bir yöntemdir. Özellikle uygulama maliyetinin düşük olması, geniş bir pH aralığında uygulanabilmesi, klordioksit ile düşük dozajlama ve temas süresi, klorun etkili bir dezenfektan olarak kullanılmasını sağlar. Ancak sulardaki mikroorganizmaların inaktivasyonu için uygulanan klorlama işlemlerinin insan sağlığı açısından göz ardı edilemeyecek bir takım dezavantajları da vardır. Bunlar; düşük konsantrasyonlarda bile insanda karsinojenik etki gösteren trihalometanlar, haloasetik asitler ve diğer çözünmüş organik halojenler gibi yan toksik ürünlerin oluşumu, koliformların ortamdan uzaklaştırılması için uygulanan düşük dozajların sularda bulunan bazı sporları, kistleri ve virüsleri yeterli oranda inaktive edememesi, ortamdaki olası nitrit varlığının dezenfeksiyondaki verim üzerine çeşitli etkileri (nitrifikasyon etkisi) şeklinde sıralanabilir [1].

Klorlamaya alternatif olan bir diğer dezenfeksiyon yöntemi ise ozonlama işlemidir. Bu işlemle sudaki mevcut olan tüm bakteriler ve bazı kist oluşturan protozoonlar gibi tüm patojeniteyle ilişkili organizmaların etkin bir inaktivasyonu yapılabilmekte, toksisite ve mutajenite

(2)

ortadan kaldırılarak su kalitesinin arttırılmasıyla oldukça yeterli bir dezenfeksiyon sağlanabilinmektedir. Bununla beraber, dezenfeksiyon sonunda suda mevcut olabilecek bazı mikroorganizmaların tekrardan gelişebilmeleri ve yüksek maliyetli bir uygulama olması, ozonun dünya çapında rutin olarak kullanılmasını kısıtlamaktadır [1].

Uzun yıllar süren araştırmalar sonucu araştırmacılar ters ozmoz (RO) sistemini geliştirmişlerdir [1]. Bu yöntemdeki Ro membronları yüksek güvenilirlikte mükemmel su kalitesinin elde edilmesi, yeniden bakteriyel üremenin olmaması ve kalıntı halindeki toksisite yönünden yer altı sularının değerlendirilmesi, endüstriyel atıksuların dönüşümü ve tüketilebilir su eldesi açısından oldukça ilgi görebilecek bir konumdadır. Ne var ki, bakterilerin kullanılan membranlar yüzeylerinde belirli bir süre sonunda “biofouling” yapısı oluşturması membranların yarı ömrünü azaltmakta ve membran verimini etkilemektedir. Membranlardaki kalıntı madde durumu ise atık su kalitesindeki değişkenlerle kritik olarak etkilenmektedir. Bu yüzden arıtım sitemleri için membran fotokatalitik oksidasyon setleri olarak adlandırılan özel bir temiz su teknolojisine ihtiyaç duyulmaktadır [1].

Bu gibi su dezenfeksiyon uygulamalarına bir alternatif olarak düşünüldüğünde, titanyum dioksitin UV ile fotokatalizasyonu bir umut olarak görülebilir [2,3]. Genel olarak bakıldığında titanyum dioksitin

(TiO₂) günlük hayatta çeşitli alanlarda kullanılan

önemli bir madde olduğu görülmektedir. Kullanım alanları çoğunlukla boya, kozmetik ve gıda ürünleridir. 1972 yılında Fujishima ve Honda adlı araştırmacıların

TiO₂’in fotokatalitik aktivitesini keşfinden sonra bu

maddenin kullanım alanlarının sınırı da genişlemiştir.

Çevresel arıtım ve iyileştirme adına, TiO₂ tozlarının su

içine bırakılarak siyanürün parçalanması için yapılan çevresel bir çalışmadan olumlu sonuç alınmasıyla birlikte, suda bulunan organik ve inorganik yüklerin

TiO₂ fotokatalizasyonu ile giderilmesi için çeşitli

çalışmalar başlatılmıştır. Yakın zamanlardan itibaren

fotokatalitik aktivite özelliği sayesinde TiO₂ üzerinde

yoğun çalışmalar yapılmaktadır. TiO₂, UV ışığı ile

uyarıldığında foto-aktif özellik gösterebilen ve organik

grupları parçalayabilen yarı iletken bir malzemedir. TiO₂

ışık etkileşimi ile reaksiyonu sonucunda kendine bazı uygulama alanları bulmuştur. Bu alanlar; su arıtımı, kendi kendini temizleyebilen ve buğulanmayan yüzeylerin elde edilmesi, kanserin tedavisinde fotokimyasal uygulamalar, havanın çeşitli molekül ve partiküllerden arındırılması

şeklinde sıralanabilir [4]. TiO₂’in kimyasal yönden

anataz, rutil ve brokit olmak üzere üç farklı kristal yapıya sahip olduğu bilinmektedir. Yapılan çoğu uygulamada anataz formunun fotoaktivasyonda en iyi kapasiteye

sahip olduğu görülmüştür [5]. TiO₂ fotokatalistinin, UV

ışığı altında, organikleri parçalayabilme özelliğinin yanı sıra bir başka özelliği de anti-bakteriyel etkisidir. Bu alanda yapılmış birçok çalışma bulunmaktadır.

TiO₂ gibi yarı iletken katalitik bir toz su içinde

süspanse edildiğinde λ< 385 nm dalga boyu ışıma yapan

UV ışığı altında serbest hidroksil (•_{OH) radikalleri}

oluşturulur ( eşitlik (1) ve (2) ) [3,6].

TiO₂ + hv → TiO₂ (e- _{+ h}+_{) (1)}

TiO₂ (h+_{) + H}

2Oads → TiO2 + •OHads + H+ (2)

Ultraviyole radyasyon, elektromanyetik spektrumun görünür ışıktan daha kısa dalga boylu olan belli bir parçasını oluşturur. Farklı dalga boylarında ışıma yapan üç tip UV ışınının var olduğu bilinmektedir. Bunlar sırası ile A, B ve C (A; λ = 315–380 nm, UV-B; λ = 280–315 nm, UV-C; λ<280 nm) bantlarıdır. UV fotokatalizasyon yolu ile mikoorganizma inhibisyonunun en iyi UV-A ışını ile olduğu yapılan denemelerle saptanmıştır.

Bu çalışmada, İzmir Büyükşehir Belediyesi Çiğli Atık Su Arıtma Tesisi’nin giriş suyu ve İzmir ili Bornova ilçesinde bir apartmanın artezyen kuyusundan alınan su örneklerinde bulunan doğal mikroflora üzerine

UV-A/TiO₂ fotokatalizasyonu ve dezenfeksiyon etkisi

araştırılmıştır.

MATERYAL VE YÖNTEM

Titanyum (IV) oxide (Sigma) suyun içine mekanik karıştırıcı sayesinde homojen olarak dağıtılmıştır. Cam düzenek, yaklaşık 365 nm’de pik veren 20 W’lık siyah ışık (UVP Upland, CA 91786, Model XX – 20 BLB) ile ışınlanmıştır. Işık kaynağı ile örnek arasındaki mesafe, uygun ışık yoğunluğu elde etmek için UV radiometer

ile 1,0 mW/cm2_{olacak şekilde ayarlanmıştır. Yapılan}

antibakteriyel testlerde bakterilerin genel canlı sayımını yapmak amacıyla Plate Count Agar (PCA) kullanılmıştır. Kapalı cam fanusa alınan su örneklerinden bir litre (1 lt)

konulmuştur. Bu suya 1 gr TiO2 ilave edilmiş ve mekanik

karıştırıcı sayesinde deneme esnasında TiO2’nin su içinde

homojen bir şekilde dağılması sağlanmıştır. Hazırlanan düzenek 2 saat boyunca aralıksız bir şekilde UV-A ışınlarına maruz bırakılmıştır. Deneme başlangıcında (0. saat), 1. saat ve 2. saatte örnek alınarak mikrobiyolojik analizler gerçekleştirilmiştir. Bunun için her bir ışınlama periyodundan sonra canlı kalan hücrelerin sayısını tespit etmek amacı ile uygun dilüsyonlar hazırlanmış

ve bakteriler PCA ortamında 37o_{C’de 48 saat inkübe}

edilmiştir. Başlangıç ve ışınlama periyotlarındaki genel canlı sayısı saptanmıştır.

BULGULAR

Çiğli Atık Su Arıtma Tesisi’nden alınan giriş suyunda

TiO2 eklenmesi ve UV-A ışınlanması sonucu, başlangıçta

0. saatteki denemeden alınan sudaki sayılabilir canlı

bakteri sayısı 1,7x106_{cfu/ml iken, 1. saat sonunda bakteri}

sayısı 8,3x105_{cfu/ml’e, iki saat sonunda 6,8x10}5 _cfu/

ml’e düşmüştür (Çizelge 1). Bu sonuçlar, başlangıçtaki canlı bakteri sayısının % 92’sinin bu sistem sayesinde

(3)

eklenmeden UV-A ışına 2 saat bırakılarak oluşturulan kontrol grubunda bakteriyel inhibisyonun % 47 olduğu görülmüştür. Çiğli Atık Su Arıtma Tesisi’nden alınan giriş suyunda kalan canlı bakteri oranları Şekil

1’de verilmiştir. 1 numaralı artezyen suyuna TiO₂

eklenerek yapılan UV-A ışınlaması sonucunda başlangıç

bakteri konsantrasyonuna göre (2,4x106_{cfu/ml) 1.}

saatte % 75’inin, 2. saatte ise % 85’nin inhibe olduğu

görülmüştür. TiO₂ eklenmeyen suda aynı ışınlama

aralıkları ve başlangıç bakteri konsantrasyonuna göre 1. saatte % 36’sı, 2. saatte % 51’nin öldüğü görülmüştür (Çizelge 2). Çizelge 2’de 1 numaralı artezyen suyu için bu sistemde bakteri canlılık oranlarındaki değişkenlik gösterilmiştir. Şekil 2’de 1 numaralı artezyen suyunda kalan canlı bakteri sayısı oranları verilmiştir. 2

numaralı artezyen suyuna TiO₂ eklenerek yapılan UV-A

ışınlaması sonucunda bakterilerin, başlangıç bakteri

konsantrasyonuna göre (2,1x104_{cfu/ml) 1. saatte % 92,}

2. saatte % 91 oranında inhibe olduğu görülmüştür. TiO₂

eklenmeyen suda aynı ışınlama aralıkları ve başlangıç bakteri konsantrasyonuna göre 1. saatte % 36’sı, 2. saatte % 50’nin inhibe olduğu görülmüştür (Çizelge 3). Çizelge 3’de 2 numaralı artezyen suyu için bu sistemde bakteri canlılık oranlarındaki değişkenlik gösterilmiştir. Şekil 3’te 2 numaralı artezyen suyunda kalan canlı bakteri sayılarının oranları verilmiştir.

Çizelge 1: Çiğli Atık su Arıtma Tesisi’nden

alınan giriş suyu ile yapılan çalışma sonuçları (SKÇ = sayılamayacak kadar çok olan mikroorganizmaları ifade etmektedir).

TiO2+IŞIK IŞIK

Seyreltme

Faktörü saat0. saat1. saat2. saat0. saat1. saat2.

10‾1 _SKÇ _SKÇ _SKÇ _SKÇ _SKÇ _SKÇ

10‾4 ₁₆₆ ₈₃ ₆₈ ₁₃₃ ₇₇ ₇₀

Çizelge 2: 1 numaralı artezyen suyu ile yapılan

çalışmanın sonuçları (SKÇ = sayılamayacak kadar çok olan mikroorganizmaları ifade etmektedir).

TiO2+IŞIK IŞIK

Seyreltme

Faktörü saat0. saat1. saat2. saat0. saat1. saat2.

10‾3 _SKÇ ₁₂₈ ₆₈ _SKÇ _SKÇ _SKÇ

10‾4 ₂₄₀ ₆₀ ₃₆ ₂₄₀ ₁₅₄ ₁₁₇

Çizelge 3: 2 numaralı artezyen suyu ile yapılan

çalışmanın sonuçları (SKÇ = sayılamayacak kadar çok olan mikroorganizmaları ifade etmektedir).

TiO2+IŞIK IŞIK

Seyreltme

Faktörü saat0. saat1. saat2. saat0. saat1. saat2. 10‾1 _SKÇ ₉₉ ₄₈ _SKÇ _SKÇ _SKÇ 10‾2 ₂₁₄ ₁₇ ₁₉ ₂₁₄ ₁₃₆ ₁₀₇ 10‾3 ₃₃ ₀ ₀ ₃₃ ₂₁ ₁₀ 10‾4 ₆ ₀ ₀ ₆ ₄ ₂ 0 20 40 60 80 100 120 1. Saat 2. Saat zaman ba kt er iy el c an lıl ık o ra nı (% ) TiO2 + Işık Işık

Şekil 1. 2 saatlik ışınlama süresince Çiğli Atık Su

Arıtma Tesisi’nden alınan giriş suyunda kalan canlı bakteri sayısı oranları.

0 20 40 60 80 100 120 1. Saat 2. Saat Zaman Ba kt er iy el C an lıl ık O ra nı (% ) TiO2 + Işık Işık

Şekil 2. 2 saatlik ışınlama süresince 1 numaralı

artezyen suyunda kalan canlı bakteri sayısı oranları.

0 20 40 60 80 100 120 1. Saat 2. Saat Zam an Ba kt er iy el C an lıl ık O ra nı (% ) TiO2 + Işık Işık

Şekil 3. 2 saatlik ışınlama süresince 2 numaralı

(4)

TARTIŞMA

TiO2 aracılı fotokataliz sıvı organik kirleticilerde

bir degradasyon işlemi olarak çalışılmaktadır ve birçok bileşiğin mineralizasyonunu tamamladığı daha önceki

çalışmalarda gösterilmiştir [7]. Toksik olmayan TiO2

fotokatalist süspansiyonlarının, güneş ultraviyole (UV) ışığı ile sulardaki kimyasal kontaminantları fotodegrade

ettiği gösterilmiştir [8]. TiO2 fotokatalizasyonun

bakterisidal etkisi üzerine değişik mekanizmalar önerilmiş, bu mekanizmalardan bazıları Blake ve ark. tarafından açıklanmıştır [7].

TiO2/UV fotokatalitik oksidasyon işlemi temel olarak

güneş enerjisi ile TiO2 yüzeyinde elektron (e- ) ve hol

(h+) çiftinin ayrılarak katalizör yüzeyindeki maddeler ile çeşitli reaksiyonlar vermesine dayanmaktadır. Oksijenli

atmosferde UV-A ışınımı ile TiO2 antimikrobiyal

fotobiyolojik aktivitesi, ROS (reaktif oksijen türleri) olarak adlandırılan oldukça aktif serbest radikal türlerinin oluşmasına dayanmakla birlikte, bu türlerin doğası hala tartışmalıdır [9]. Aslında oksijen varlığında gerçekleşen fotokatalitik işlemlerde sırasıyla hidroksil radikalleri

(OH•_{) ve süperoksit anyonları (O}

2•-) ana üretilen türler

olarak düşünülmektedir ki bu türlerin hepsinin biyolojik maddeler için oldukça reaktif olduğu bilinmektedir

[2,9,10]. Bunlardan özellikle OH•_{radikalleri hem}

organik maddelerin oksidasyonu için hem de bakteri ve virüslerin inaktivasyonu için oldukça aktiftir [3].

Diğer oksijen reaktif türleri ise hidrojen peroksit (H2O2),

hidroperoksil radikali (HO2•) ve singlet oksijen (O2.-)

olarak bilinmektedir [9,10].

Çalışmalardan elde edilen bilgiler ışığında, reaktif fotojenere olmuş olan oksijen türlerinin başlıca hücre membranına etki ettiği görülmüştür [7]. Hücre membranının oksidatif atağı lipid peroksidasyonuna yol açmaktadır. Hücre membranının hasar görmesi ve hücre içi bileşenlerin ileri oksidatif atakları sonunda hücre ölümü

gerçekleşir [2,9]. UV/TiO2’nin antimikrobiyal aktivitesi

Escherichia coli, Lactobacillus acidophilus, Serratia mercescens, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas stutzeri, Actinomyces viscosus, Staphylococcus aureus, Bacillus pumilus, Streptococcus mutans, Streptococcus rattus, Streptococcus cricetus, Streptococcus sorbinus AHT, Deinococcus radiophilus gibi bakterilere; maya olarak Saccaromyces cerevisiae, alg olarak Chlorella vulgaris ve MS2 fajı, B. fragilis bakteriofajı ve Poliovirus 1 gibi virüslere denenmiştir [2,9].

Güneş fotokatalizasyonunun etkisi üzerine yapılan çalışmalarda bu tekniğin E.coli, Vibrio cholerae ,Salmonella typhimurium ve Shigella dysenteriae Tip 1 gibi bakteriyel patojenler üzerinde oldukça etkili olduğunu ortaya koymaktadır [8]. Yöntem, kontamine olmuş içme sularının plastik çanta, plastik şişe ya da cam şişe gibi ışığı geçirme özelliği olan taşıyıcılarda kullanımdan önceki 8 saate kadarki süreçte güneş ışığına maruz kalabileceği bir yerde saklanma esasına dayanmaktadır [8].

Yaptığımız çalışmada fotodegradasyon

reaksiyonunda, fotokataliz olarak TiO₂ tozu

kullanılmıştır. TiO₂tozunun homojen karışması mekanik

karıştırıcı ile sağlanmıştır. Fakat bu tozun bir takım dezavantajları vardır; 1- reaksiyon bittikten sonra katalisti süspansiyondan ayırmak zordur. 2- süspanse haldeki parçacıklar yüksek konsantrasyonlarda agregat oluşturma eğilimine girmektedirler. 3- uygulama miktarı sınırlı ve küçüktür. 4- kaplama yapılmış olan katalist reaksiyon esnasında kaplanan yüzeyden kolaylıkla ayrılabilmektedir. Bu gibi durumları ortadan kaldırmak için son zamanlarda, bir çeşit katalist sentez yöntemi olan hidrotermal yöntem geliştirilmiştir [11].

Çoğu araştırmacı TiO₂’nin hava, ışınım ve

süspansiyon ile ilgili sistemlerini E.coli ile denemişlerdir. Lee ve arkadaşları E.coli’nin yüksek ya da düşük pH,

H₂O₂ ya da NaHCO₃ vs. eklenmesi gibi ekstrem şartlar

altında 40 dakikadan sonra mükemmel bir şekilde dezenfekte olduğunu gözlemlemişlerdir [11]. UV-A/

TiO₂ ile yapılan bir deneme sonucunda, E coli ve S.

typhimurium benzer ölüm oranlarını göstermiş, buna rağmen P. aeruginosa’nın ışığa çok daha duyarlı olduğu saptanmıştır. Diğer organizmalara uygulanan ışıktan dört kat daha az bir ışınımda bahsi geçen organizmalarla aynı ölüm oranlarına sahip olduğu gözlenmiştir [9].

Yaptığımız çalışmada TiO₂ karıştırılmış örnek suda 2

saatlik UV-A ışınlaması sonucu mikrobiyal inhibisyon yaklaşık % 90 olduğu bulunmuştur. Çalışmamızda Lee ve arkadaşlarının yaptığı denemeden daha uzun sürede mikrobiyal inhibisyon gerçekleşmiştir. Bunun nedeninin alınan su örneklerinin mikrobiyal yükünün fazlama olmasından kaynaklandığı düşünülmektedir.

UV fotokatalizasyon yolu ile mikroorganizma inhibisyonunun en iyi UV-A ışını ile olduğu yapılan denemelerle saptanmıştır. UV-A ışınımının antimikrobiyal etkisi ışık dozlarının miktarlarına ve bakterinin tipine, başlangıçtaki bakteri konsantrasyonuna, suyun sıcaklığına ve bulanıklığına bağlı olarak değişiklik göstermekte ve bakteri hücreleri ise bu gibi durumlarda kullanılan radyasyona değişik duyarlılık göstermektedir [3,9]. Örneğin P.aeruginosa’nın UV-A ışınımından etkilenerek inhibe olduğu dozlarda E. coli ve E. cloaceae hücrelerinin canlı kalabildiği gösterilmiştir [9]. Yapılan

bazı çalışmalarda, UV-A’ya maruz kalmaksızın TiO₂’nin

bakteri hücreleri üzerinde öldürücü etki yaratmadığı

görülmüştür. Benzer bir durumda TiO₂’nin yokluğunda

ise aynı ışınım şartları altında bakteriyel hücrelerin direk olarak ışıktan etkilenmediği gözlenmiştir [9].

Fotokatalitik işlemlerin aksine, suyun ultraviyole (UV) ışığı ile dezenfeksiyonu birkaç yıldır çalışılmakta ve UV’nin mikroorganizmalar üzerine etkisi ve eşdeğer olarak hücrelerin karanlık alandaki tamir mekanizmaları gündeme getirilmiştir. Bu açıdan yalnızca UV ile yapılan dezenfeksiyon işlemlerinde, UV ışığının

mikroorganizma rejenerasyonunu engelleyecek

(5)

dezenfeksiyonu için yapılan mevcut çalışmaların birçoğu

TiO₂ foto-inaktivasyonunun inaktivasyon seviyeleri ile

ilgilenmekte, bundan sonraki oluşabilecek aşamaları veya oluşan hasarların tamir seviyelerini göz ardı etmektedirler. Yapılan çalışmalar deney düzenekleri halinde laboratuar sınırları içinde kalmış, birçok çalışma da sadece saf organizma kültürlerinin saflaştırılmış ya da deiyonize edilmiş sularla süspanse edilmesiyle gerçekleştirilmiştir. Oysaki gerçek şartları yani gerçek sulardaki mevcut bakteri karışımlarının güneşin fotokatalitik etkisiyle inaktivasyonunu temsil eden çalışmalar çok azdır [7]. Çalışmamız deiyonize edilmiş ya da saflaştırılmış su ile süspanse edilerek yapılan çalışmalardan ayrılmaktadır. Denememizde saf mikroorganizma kullanarak oluşması muhtemel inhibisyonu saptamak yerine mevcut mikroorganizma yükünün miktarlarındaki değişimlerin gözlenmesi amaçlanmıştır. Yaptığımız çalışma bu yönüyle, bu alanda yapılan diğer bazı çalışmalardan ayrılmaktadır.

Kikuchi ve arkadaşları 1997 yılında aktif oksijen türlerinin fotokatalitik bakterisidal etkideki rollerini

araştırmışlardır [12]. TiO₂ filmi üzerine konan sıvı

filmdeki E.coli hücrelerinin canlılık oranının, ışınlama siyah ışık ile yapıldığında, önemli sayılayacak

bir düzeyde azaldığı tespit edilmiştir. TiO₂ filmi

kullanmaksızın UV ışığı (300-400 nm) ile yapılan denemede, 4 saat içerisinde sadece % 50 dezenfeksiyon görülmüştür [12]. Yaptığımız çalışmada Çiğli Atık Su

Arıtma tesisinden alınan su örneğinin TiO₂/UV-Aile

yapılan çalışma sonucu % 92 inhibisyon saptanırken sadece 2 saat UV-A ile ışınlanan su örneklerinde % 47 inhibisyon saptanmıştır. Bu nedenle su örneklerindeki

antimikrobiyal etkinin TiO₂ fotokatalitik reaksiyonları

ile gerçekleştiği sonucuna ulaşılmıştır. Elde ettiğimiz bu sonuçlar Kikuchi ve arkadaşlarının elde ettiği verilerle uygunluk göstermektedir.

Bakterilerin UV-A’ya maruz kalması sonucu,

membran yapısında membrana bağlı enzim

aktivitelerinde, metabolik yol izlerinde, transport sistemleri ve geçirgenlikte bir takım değişiklikler olmakta ve UV-A bakteri hücresinin ölümüne neden

olmaktadır [9]. TiO₂ varlığında yapılan ışınımlarda

özellikle Gram (-) basillerde çok önemli bakteriyel inaktivasyonlar saptanmıştır [9]. Elde ettiğimiz sonuçlar mikroorganizma canlılık oranlarındaki değişkenliği göstermiştir. Bu nedenle çalışmamızda Gram (+) Gram (-) bakteri inhibisyon oranı saptanmamıştır.

SONUÇ

1) Çiğli Atık Su Arıtma Tesisi’nden ve artezyenden

alınan su örneklerine TiO2 karıştırılarak 1 saatlik

aralıklarla olmak üzere 2 saat boyunca UV-A ışınlaması yapılmıştır. Bu su örneklerinde yüksek mikrobiyal inhibisyon saptanmıştır.

2) Elde edilen antimikrobiyal aktivitenin TiO2

fotokatalitik reaksiyonları sonucu oluştuğu görülmüştür.

3) Kontrol grubu olarak düzenlenen sadece 2 saatlik

UV-A ışınlamasına maruz bırakılan su örneklerinde düşük bir mikrobiyal inhibisyon saptanmıştır.

KAYNAKLAR

[1] Sun DD, Tay HJ, Tan KM., 2003. Photocatalytic degradation of E.coliform in water. Water Research, 37:3452-3462.

[2] Rincón AG, Pulgarin C., 2003. Photocatalytic inactivation of E.coli: effect of (continuous-intermittent) light intensity and of

(suspended-fixed) TiO2 concentration. Applied Catalysis B:

Environmental, 44:263-284.

[3] Rincón AG, Pulgarin C., 2004. Effect of pH,

inorganic ions, organic matter and H2O2 on

E.coli K12 photocatalytic inactivation by TiO2

implications in solar water disinfection. Applied Catalysis B: Environmental, 51:283-302.

[4] Hsu C.L, Sheu, D.C., 2004. Disinfection Ability

of TiO2 –Containing Coating, Thesis for Master

of Science Department of Bioengineering, Tatung University, Taipei, Taiwan.

[5] Li, M., Sheu, D. C., 2004. Influences of Preparatıon

Conditions on Bactericidal Efficacy of TiO2

Containing Coating. Thesis for Master of Science Department of Bioengineering Tatung University, 1-55.

[6] Banerjee, S, Gopal, J., Muraleedharan, P, Tyagi, A.K. and Raj, B., 2006. Physics and Chemistry of photocatalytic titanium dioxide: Visualization of bactericidal activity using atomic force microscopy. Current Science, Vol.90, NO.10, 1378-1383. [7] Rincón AG, Pulgarin C., 2004. Bactericidal action

of illuminated TiO2 on pure E.coli and natural

bacterial consortia: post-irradiation events in the dark and assessment of the effective disinfection time. Applied Catalysis B: Environmental, 49:99-112.

[8] Duffy EF, Al Touati F, Kehoe SC, McLoughlin OA, Gill LW, Gernjak W, Oller I, Maldonado MI, Malato S, Cassidy J, Reed RH, McGuigan KG.,

2004. A novel TiO2-assisted solar photocatalytic

batch-process disinfection reactor for the treatment of biological and chemical contaminants in domestic drinking waer in developing countries. Solar Energy, 77:649-655.

[9] Ibáñez JA, Litter MI, Pizarro RA., 2003.

Photocatalytic bactericidal effect of TiO2 on

Enterobacter cloacea comparative study with other Gram (-) bacteria. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 157:81-85.

[10] Guimarães JR, Barretto AS., 2003. Photocatalytic inactivation of Clostridium perfiringens and coliphages in water. Brazilian Journal of Chemical Engineering, 20 (04):403-411.

(6)

[11] Lee JH, Kang M, Choung SJ, Ogino K, Miyata S, Kim MS, Park JY, Kim JB., 2004. The

preparation of TiO₂ nanometer photocatalyst film

by a hydrothermal method and its sterilization performance for Giardia lamblia. Water Research, 38:713-719.

[12] Kikuchi, Y, Sunada, K., Iyoda, T, Hashimoto, K., Fujishima, A., 1997.Photocatalytic Bactericidal

Effect of TiO₂ Thin Films: Dynamic View of the

Active Oxygen Species Responsible for the Effect. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 106, 51-56.