Bu çalışma, sülfametoksazol içeren sentetik atıksuyun arıtımında alg-bakteri granüler çamurunun (algal-bacterial granular sludge, ABGS), geleneksel aerobik granüler çamura (aerobic granular sludge, AGS) göre değişen besin koşullarına karşı işlevsel kararlılığını incelemiştir. İki adet 0,8 litrelik sıralı kesikli reaktör 120 gün boyunca 1 mg·L⁻¹ sülfametoksazole maruz bırakılmış; giriş suyunun kimyasal oksijen ihtiyacı/toplam azot oranı sırasıyla 20, 15, 10 ve 8’e düşürülmüştür. En düşük oran olan C/N = 8 koşulunda ABGS, daha fazla biyokütle tutmuş ve toplam azot, toplam fosfor ile sülfametoksazol gideriminde AGS’den daha yüksek sonuçlar vermiştir. Bununla birlikte ABGS’de sul1 direnç geni ve sınıf 1 integron belirteci intI1 daha yüksek bulunmuştur. Dolayısıyla çalışma, daha yüksek kirletici gideriminin antibiyotik direnci açısından otomatik olarak daha düşük ekolojik risk anlamına gelmediğini göstermektedir. Bulgular laboratuvar ölçekli, sentetik atıksuya dayalı ve henüz hakem değerlendirmesinden geçmemiştir.

Türkiye açısından değerlendirme: Bulgular, Türkiye’de evsel atıksu, hastane atıksuyu, ilaç üretimi kaynaklı akımlar ve mevsimsel organik yük değişimleriyle karşılaşan arıtma tesisleri açısından araştırmaya değer bir yaklaşım ortaya koymaktadır. Ancak Türkiye’ye yönelik uygulama kararı verilmeden önce sistemin gerçek atıksu matrisi, yerel sıcaklık ve ışık koşulları, değişken antibiyotik karışımları, daha düşük çevresel sülfametoksazol derişimleri ve pilot ölçekli reaktörlerde doğrulanması gerekir. Bu çalışma Türkiye’deki tesislerin giderim verimini, direnç geni yayılımını, işletme maliyetini veya mevzuata uyumunu doğrudan göstermemektedir.

Araştırmanın temel sonucu, ABGS’nin özellikle yüksek azot yükü ve düşük organik karbon koşullarında granül yapısını ve arıtma işlevini AGS’den daha iyi koruyabilmesidir. Bu dayanıklılık; polisakkarit bakımından zengin sıkı bağlı hücre dışı polimerik madde tabakası, belirli işlevsel mikroorganizmaların korunması ve denitrifikasyon ile enerji metabolizmasına ilişkin genlerin göreli bolluğundaki değişimlerle birlikte görülmüştür. Buna karşılık direnç genleri tek yönlü olarak azalmamış, farklı sul genleri birbirinden ayrışan eğilimler göstermiştir.

Araştırmanın temel sorusu nedir?

Araştırma, alg ve bakterilerin aynı granül içinde birlikte yaşadığı ABGS sisteminin, sülfametoksazol stresi altında giriş suyunun C/N oranı kademeli olarak düşürüldüğünde arıtma performansını ve granül yapısını koruyup koruyamayacağını sorgulamaktadır. İkinci temel soru, daha kararlı kirletici gideriminin antibiyotik direnç genlerinin daha az seçilmesiyle birlikte ilerleyip ilerlemediğidir.

Sülfametoksazol (SMX), çalışmada model antibiyotik olarak kullanılmıştır. Araştırmacılar yalnızca SMX’in çıkış suyundaki azalmasını ölçmemiş; biyokütle, çökelme, hücre dışı polimerik maddeler, dönüşüm ürünleri, mikrobiyal topluluk, metabolik genler, antibiyotik direnç genleri ve hareketli genetik elementleri birlikte incelemiştir. Bu çok katmanlı tasarım, arıtma verimi ile biyolojik direnç riskinin aynı sonucu temsil etmediğini değerlendirmeyi mümkün kılmıştır.

C/N oranı nasıl değiştirilmiştir?

Çalışmadaki C/N ifadesi, giriş suyundaki kimyasal oksijen ihtiyacı (COD) ile toplam azot (TN) konsantrasyonu arasındaki operasyonel oranı göstermektedir. Fazların mantığı aşağıdaki temel ilişkiyle açıklanabilir:

\[ C/N = C_{\mathrm{COD}} / C_{\mathrm{TN}} \]

Burada C_COD giriş suyunun COD konsantrasyonunu, C_TN ise toplam azot konsantrasyonunu ifade eder. Her iki değer de mg·L⁻¹ cinsinden kullanıldığı için oran boyutsuzdur. Bu denklem çalışmada ayrı bir matematiksel model olarak verilmemiş, faz koşullarının anlaşılması için tablodaki konsantrasyonlardan açıkça elde edilmiştir.

İlk geçiş, karbon kaynağının azaltılmasıyla gerçekleştirilmiştir. COD 1.500 mg·L⁻¹ değerinden 1.125 ve ardından 1.000 mg·L⁻¹ düzeyine düşürülmüştür. Daha sonraki geçişte COD 1.000 mg·L⁻¹ düzeyinde tutulmuş, toplam azot 100 ve 125 mg·L⁻¹ değerlerine yükseltilmiştir. Böylece sayısal C/N azalması iki farklı ekolojik baskı oluşturmuştur: önce karbon kısıtlaması, ardından yükselen azot yükü.

Alg-bakteri granüler çamuru nedir?

ABGS, mikroalglerin ve bakterilerin yoğun, çökelebilir granüller içinde birlikte bulunduğu biyolojik arıtma yapısıdır. Çalışmada mikroalg bileşeni olarak Chlorella vulgaris FACHB-31 kullanılmıştır. Algler ve olgun aerobik granüler çamur, kuru ağırlık temelinde 1:25 oranında karıştırılmıştır. Karşılaştırma sistemi olan AGS’de ise mikroalg ilavesi bulunmamaktadır.

Araştırmacıların önerdiği işleyişe göre alg-bakteri birlikteliği, fotosentezle ilişkili oksijen üretimi, alg kökenli organik maddeler, hücreler arası metabolit alışverişi ve granül matrisi üzerinden bakterilerin değişen besin koşullarına uyumunu destekleyebilir. Ancak çalışma bu mekanizmaların her birini ayrı deneylerle doğrudan ölçmemiştir. Bu nedenle fotosentetik destek ve alg kökenli karbon katkısı, ölçülen performansla uyumlu mekanizma yorumlarıdır; kesin nedensel kanıt olarak değerlendirilmemelidir.

Granül yapısı ve biyokütle kararlılığı nasıl değişmiştir?

Şekil 1, iki reaktördeki karışık likör askıda katı madde (MLSS), uçucu askıda katı madde oranı ve beş dakikalık çamur hacim indeksinin (SVI₅) 120 gün boyunca değişimini göstermektedir. MLSS reaktörde tutulan toplam biyokütleyi, SVI₅ ise çamurun beş dakikalık çökelme sonrasındaki hacmini ifade eder. Daha düşük SVI₅, genel olarak daha yoğun ve daha iyi çöken granüllere işaret eder.

Başlangıç fazında iki sistemde de MLSS yaklaşık 11 g·L⁻¹ düzeyine yaklaşmış ve SVI₅ yaklaşık 80 mL·g⁻¹ değerinden 40 mL·g⁻¹ civarına düşmüştür. ABGS’nin Faz I ortalama MLVSS/MLSS oranı %87,9, AGS’nin oranı ise %85,2 olarak bildirilmiştir. Bu oran, toplam askıda katı maddenin biyolojik olarak daha aktif kabul edilen uçucu bölümünü karşılaştırmaktadır.

Azot yükünün yükseldiği son iki fazda sistemler birbirinden ayrılmıştır. AGS’de MLSS en düşük 7,31 g·L⁻¹ değerine gerilemiş ve SVI₅ 50 mL·g⁻¹ düzeyine çıkmıştır. Bu değişim, biyokütle kaybı ve daha gevşek granül yapısıyla uyumludur. ABGS ise 9,8–11,7 g·L⁻¹ MLSS aralığını ve yaklaşık 39 mL·g⁻¹ SVI₅ değerini korumuştur. Çalışmanın özetinde C/N = 8 koşulu için ABGS biyokütlesi 10,75 ± 1,34 g·L⁻¹, SVI₅ değeri 39,43 mL·g⁻¹ olarak verilmiştir.

ABGS’de klorofil-a miktarı Faz III’te 2,57 mg·L⁻¹ düzeyine gerilemiş, klorofil-a/klorofil-b oranı Faz IV’te ortalama 2,15’e toparlanmıştır. Bu sonuç mikroalglerin stres sırasında pigment bileşimini değiştirdiğini göstermektedir; ancak pigment değişimi tek başına daha yüksek arıtma performansının nedeni olarak kanıtlanmamıştır.

Hücre dışı polimerik maddeler neden önemlidir?

Hücre dışı polimerik maddeler (extracellular polymeric substances, EPS), granül içindeki hücreleri birbirine bağlayan protein ve polisakkaritlerden oluşan matrisi ifade eder. Araştırmada EPS, gevşek bağlı EPS (LB-EPS) ve sıkı bağlı EPS (TB-EPS) olarak iki bölüme ayrılmış; her bölümdeki polisakkarit (PS) ve protein (PN) miktarları ölçülmüştür.

Karbonun azaltıldığı Faz II’de hem LB-EPS hem TB-EPS azalmış, en güçlü düşüş granül yüzeyine daha gevşek bağlanan LB-EPS bölümünde görülmüştür. Azot yükünün yükseltilerek C/N oranının 8’e indirildiği son fazda toplam TB-EPS miktarları birbirine yakın bulunmuştur: AGS’de 6,62, ABGS’de 6,29 mg·g⁻¹ VSS. Buna karşılık LB-EPS, ABGS’de 1,21; AGS’de 1,91 mg·g⁻¹ VSS olmuştur.

Bu dağılım nedeniyle TB-EPS/LB-EPS oranı ABGS’de 5,19’a, AGS’de 3,47’ye ulaşmıştır. ABGS’nin TB-EPS bölümünün %80,6’sını polisakkaritler oluştururken bu oran AGS’de %76,1’dir. Toplam EPS içindeki PS/PN oranı da ABGS’de 6,08, AGS’de 4,94 olarak hesaplanmıştır. Dolayısıyla ABGS’nin üstünlüğü her aşamada daha fazla toplam EPS üretmesi değil, hücre dışı malzemenin polisakkarit bakımından zengin ve granüle sıkı bağlı bölümde tutulmasıdır.

Şekil 2’deki zaman serileri bu yeniden dağılımı göstermektedir. Polisakkarit bakımından zengin sıkı bağlı matris, hücrelerin granülden ayrılmasını sınırlayan jel benzeri bir yapı oluşturabilir. Bununla birlikte çalışma EPS yapısını mekanik dayanıklılık testiyle doğrudan ilişkilendirmemiştir; yapısal koruma yorumu eş zamanlı EPS ve çökelme sonuçlarına dayanmaktadır.

Üç boyutlu uyarma-emisyon matrisi floresans analizinde triptofan benzeri Peak B sinyali, Faz I’den Faz II’ye AGS’de 583,5’ten 942,5’e, ABGS’de 722,0’dan 1.145,0’a yükselmiştir. C/N = 10 koşulunda bu sinyal ABGS’de 635,8, AGS’de 167,3 olarak bildirilmiştir. Protein konsantrasyonu ABGS’de sürekli daha yüksek olmadığı için araştırmacılar bu durumu toplam proteindeki artıştan ziyade aromatik protein benzeri floresan bileşenlerin göreli katkısındaki değişim olarak yorumlamıştır.

Temel kirleticilerin giderimi nasıl değişmiştir?

Şekil 3’e göre iki sistem de 120 gün boyunca %94’ün üzerinde COD giderimi sağlamış ve fazların hiçbirinde reaktörler arasında anlamlı COD giderim farkı görülmemiştir. Bu sonuç, düşük C/N koşulunda iki sistemin de kolay giderilebilir organik yükü büyük ölçüde uzaklaştırabildiğini göstermektedir.

Faz I ve II’de amonyum azotu giderimi iki reaktörde de ortalama %97’nin üzerinde kalmıştır. Çıkış nitrit azotu 0,2 mg·L⁻¹ değerinin altında tutulmuş; buna karşılık karbon azalırken nitrat birikimi yükselmiş ve toplam azot giderimi düşmüştür. Bu durum, amonyumun nitrata kadar oksitlenmesinin sürdüğünü fakat karbon kısıtlamasının nitratın azot gazına indirgenmesini sınırladığını göstermektedir.

Azot yükünün ilk yükseltildiği Faz III’te her iki sistemin nitrifikasyon ve bütüncül besin gideriminde dalgalanma oluşmuştur. Uzun süreli uyumun ardından Faz IV’te ABGS’nin ortalama amonyum azotu giderimi %98,85’e, toplam azot giderimi %63,04’e ve toplam fosfor giderimi %59,13’e ulaşmıştır. Toplam azot ve toplam fosfor giderimleri aynı fazdaki AGS sonuçlarından anlamlı derecede yüksek bulunmuştur (p < 0,01).

C/N = 8 koşulunda ABGS’nin toplam azot, toplam fosfor ve SMX giderimleri, AGS değerlerinden sırasıyla 13,89, 35,50 ve 22,69 yüzde puan daha yüksek bildirilmiştir. Bu karşılaştırma ABGS’nin orta ve yüksek C/N değerlerinde sürekli üstün olduğunu değil, özellikle düşük karbon/yüksek azot ve uzun süreli antibiyotik baskısı altında daha iyi toparlandığını göstermektedir.

Sülfametoksazol giderimi ne göstermiştir?

SMX giderimi başlangıçta düşüktür. İlk ölçümlerde AGS %13,87, ABGS %12,31 giderim sağlarken Faz I sonunda değerler sırasıyla %37,96 ve %40,44’e yükselmiştir. Faz II sonunda AGS %53,98, ABGS %57,37 giderime ulaşmıştır. Araştırmacılar bu kademeli artışı SMX dönüşümüne katılan toplulukların zaman içinde uyum sağlamasıyla ilişkilendirmiştir.

Faz III’te en yüksek SMX giderimleri AGS’de %93,72, ABGS’de %92,72 olarak ölçülmüştür. Faz IV’te uzayan yüksek azot yükü ve düşük C/N koşulu iki sistemi de olumsuz etkilemiş; ancak ABGS %66,78 giderimi korurken AGS %44,09’a gerilemiştir. Şekil 4’teki zaman serisi, ABGS’nin üstünlüğünün sistemin tamamında sabit olmadığını, en sert son fazda belirginleştiğini açıkça göstermektedir.

Bu sonuçlar çıkış suyunda SMX konsantrasyonunun azaldığını göstermektedir; fakat giderimin tamamının biyolojik parçalanmadan kaynaklandığı kanıtlanmamıştır. Araştırma, EPS’ye bağlanma, granül içinde tutulma ve biyolojik dönüşümün göreli katkılarını ayrı ayrı nicelendirmemiştir.

SMX hangi ürünlere dönüşmüştür?

LC-MS analizi, ana SMX molekülünün dışında P2–P13 olarak adlandırılan 12 dönüşüm ürünü belirlemiştir. Şekil 4’te sunulan yapılar üç aşamalı bir dönüşüm şemasıyla açıklanmıştır:

1. İlk yapısal değişimler: Aromatik hidroksilasyon, amino grubunun oksidasyonu ve izoksazol halkasındaki değişimler sonucunda P2–P5 oluşmuştur. Bu aşamada sulfonamid yapısının büyük bölümü korunmuştur.
2. Bağ parçalanması: Sulfonamid bağının kopmasıyla daha küçük ve tek halkalı P6–P9 ürünleri ortaya çıkmıştır.
3. Derin dönüşüm: Yapılar daha küçük izoksazol türevlerine ve azot ya da kükürt içeren düşük molekül ağırlıklı P10–P13 ürünlerine dönüşmüştür.

Toksisite sonuçları deneysel canlı testi değil, Toxicity Estimation Software Tool (TEST) modelinin tahminleridir. Modelde ana SMX molekülü yüksek gelişimsel toksisite göstermiş; P2–P5 ürünleri benzer düzeylerde kalmıştır. P6, P7 ve P11 için tahmin edilen mutajenite ana SMX’ten daha yüksek olmuştur. Daha ileri dönüşüm ürünlerinin çoğunda gelişimsel toksisite ve biyobirikim potansiyeli azalmıştır.

Bu bulgu, bir antibiyotiğin konsantrasyonunun azalmasının bütün ara ürünlerin anında daha güvenli olduğu anlamına gelmediğini göstermektedir. Dönüşümün orta aşamasında bazı risk göstergeleri geçici olarak yükselebilir. Bununla birlikte çalışma tahmini toksisite sonuçlarını canlı organizmalarla doğrulamamış ve nihai mineralizasyon derecesini doğrudan ölçmemiştir.

Mikrobiyal topluluk nasıl yeniden yapılanmıştır?

Metagenomik örnekler her fazın sonunda AGS için A1–A4, ABGS için B1–B4 olarak toplanmıştır. Karbon azaltılan ilk iki fazda iki reaktörün de tür zenginliği ve çeşitlilik göstergeleri artmıştır. Azot yükünün yükseltildiği Faz III ve IV’te ise ABGS’de zenginlik ve topluluk eşitliği belirgin biçimde azalmış, az sayıdaki baskın grubun göreli payı artmıştır.

Bu durum sistemin işlevini kaybettiği anlamına gelmemiştir. Tam tersine ABGS, geniş ve eşit dağılan bir topluluğu korumak yerine, stres altında işlev gösterebilen belirli mikroorganizmaların seçilmesiyle daha yakınsak bir topluluk oluşturmuştur.

Şekil 5’te iki sistemin başlıca filumları Pseudomonadota, Actinomycetota ve Bacteroidota’dır; bu gruplar toplam metagenom okumalarının yaklaşık %70–90’ını oluşturmuştur. Pseudomonadota, AGS’de ilk üç fazda yaklaşık %38–40 düzeyinde kalmış, Faz IV’te %28,59’a gerilemiştir. ABGS’de ise kademeli olarak artarak %39,14’e ulaşmıştır. Actinomycetota’nın ABGS’deki en yüksek bolluğu %46,06 olarak bildirilmiştir.

Micropruina ve Propionibacterium cinsleri ABGS’de %8,81–11,53, AGS’de %5,71–8,87 aralığında bulunmuştur. SMX dönüşümü ve aerobik denitrifikasyonla ilişkilendirilen Hydrogenophaga, AGS’de %14,59’dan %0,23’e gerilerken ABGS’de daha tutarlı biçimde korunmuştur. Denitrifikasyonla ilişkilendirilen Thauera iki reaktörde de azalmış, ancak düşüş ABGS’de daha sınırlı olmuştur.

Tür düzeyindeki metrik olmayan çok boyutlu ölçekleme (NMDS) grafiğinde ABGS örnekleri daha sıkı, AGS örnekleri daha dağınık kümelenmiştir. PERMANOVA analizi topluluklar arasında anlamlı farklılık göstermiştir: R² = 0,37 ve p = 0,027. NMDS stres değerinin 0,020 olması, iki boyutlu gösterimin topluluk uzaklıklarını iyi temsil ettiğini düşündürmektedir.

Metabolik genler hangi uyum mekanizmalarına işaret etmiştir?

KEGG ve COG sınıflandırmaları, iki sistemde de genlerin büyük bölümünün metabolizma kategorisinde bulunduğunu göstermiştir. Karbonhidrat metabolizması, amino asit metabolizması, enerji metabolizması, hücre zarı ve hücre duvarı oluşumu ile sinyal iletimi öne çıkan işlevlerdir. ABGS’nin geç faz örneklerinde sinyal iletimi ve hücre zarfı biyogeneziyle ilişkili kategorilerin daha yüksek temsil edilmesi, hücresel düzenleme ve koruyucu yanıtların sürdürüldüğü biçiminde yorumlanmıştır.

Karbon azaltılan Faz I–II arasında AGS’de amonyak oksidasyonunun bir basamağıyla ilişkili hao geni %114 artmış; nirK, nirS, norB, norC ve nosZ gibi denitrifikasyon genleri %5–26 azalmıştır. Polisakkarit öncülü senteziyle ilişkili manA, galU, glmM, glmU ve gmd genleri de %3–12 gerilemiştir. Bu dağılım, sınırlı karbonun hücre bakımı ve nitrifikasyona yönlendirilirken denitrifikasyon ve EPS sentezinin kısıtlandığını düşündürmektedir.

ABGS’de hao artışı %72 ile daha sınırlı kalmış; ATP oluşumuyla ilişkilendirilen EC 7.2.2.19 enziminin göreli bolluğu on bir kattan fazla artmıştır. Bu sonuç, karbon baskısı sırasında enerji koruma kapasitesinin yeniden düzenlendiğini göstermektedir. Ancak gen bolluğu doğrudan enzim aktivitesi veya gerçek metabolik akış ölçümü değildir.

Azot yükünün yükseldiği Faz III–IV arasında AGS’de nirB ve nirD genleri %53’ten fazla, norB %37 artmıştır. EPS ile ilişkili rmd yaklaşık %47 azalırken bazı fosfor ve enerji metabolizması enzimleri %46–60 yükselmiştir. ABGS’de ise nirS, norB ve nosZ sırasıyla yaklaşık %90, %48 ve %14 artmıştır. Bu birlikte artış, nitritten azot gazına uzanan denitrifikasyon zincirinin daha dengeli korunmasıyla uyumludur.

Antibiyotik direnç genleri azalmış mıdır?

Hayır. ABGS’nin daha yüksek SMX giderimi, bütün antibiyotik direnç genlerinin azalmasıyla sonuçlanmamıştır. Şekil 8’de geniş ARG sınıflarının bileşimi fazlar boyunca görece kararlı kalmıştır. Çoklu ilaç direnci genleri toplam ARG profilinin %32,0–34,6’sını, peptit direnci genleri %14,2–15,4’ünü oluşturmuştur.

Asıl ayrışma tek tek sülfonamid direnç genlerinde görülmüştür. ABGS’de sul1 göreli bolluğu Faz I’den Faz IV’e dört kat artmıştır. AGS’de sul1 Faz III’te başlangıç değerinin 4,2 katına çıkmış, Faz IV’te %23,7 azalmıştır. Son fazda ABGS’nin sul1 bolluğu AGS’den %98,6 daha yüksek, başka bir ifadeyle yaklaşık iki kat olmuştur.

Buna karşılık sul2 ve sul3, ABGS’de AGS’ye göre sırasıyla %18,7 ve %45,6 daha düşük bulunmuştur. Bu sonuç, alg-bakteri sisteminin sülfonamid direnç genlerini topluca bastırmadığını; farklı direnç genlerini taşıyan konakların ve genetik yapıların farklı biçimde seçildiğini göstermektedir.

Hareketli genetik element (mobile genetic element, MGE) sınıflarının genel bileşimi sınırlı değişmiştir. Transpozazlar MGE profilinin %68,0–70,7’sini, rekombinazlar %19,3–21,6’sını ve integrazlar %8,5–9,6’sını oluşturmuştur. Buna karşılık sınıf 1 integron göstergesi intI1 daha duyarlı bir değişken olmuştur.

AGS’de intI1, Faz II’den Faz III’e 3,5 kat yükselmiş ve Faz IV’te %57,4 düşmüştür. ABGS’de Faz II ile Faz IV arasında 4,2 kat artmış ve son fazda AGS’den %25,8 daha yüksek bulunmuştur. ABGS’de intI1 ile sul1 artışının birlikte görülmesi integronlarla ilişkili bir direnç örüntüsüne işaret etmektedir. Ancak metagenomik göreli bolluk verileri bu genlerin aynı DNA parçasında bulunduğunu veya yatay gen aktarımı gerçekleştiğini doğrudan kanıtlamamaktadır.

C/N, EPS ve direnç genleri arasındaki ilişkiler nelerdir?

Şekil 9’daki Mantel analizi, C/N oranının bakteriyel topluluk bileşimiyle en güçlü anlamlı ilişkiye sahip değişken olduğunu göstermiştir. Buna karşılık C/N ile ARG matrisi arasında doğrudan anlamlı ilişki belirlenmemiştir. Bu sonuç, besin oranının direnç genlerini doğrudan değiştirmekten çok, önce mikrobiyal topluluğu yeniden yapılandırarak dolaylı bir etki oluşturabileceği görüşüyle uyumludur.

Sıkı bağlı EPS içindeki protein miktarı olan TB-PN, hem bakteriyel topluluk farklılıkları hem de ARG profilleriyle anlamlı ilişki gösteren tek EPS bölümü olmuştur. Bununla birlikte korelasyon, TB-PN’nin direnç genlerinin aktarımına neden olduğunu kanıtlamaz. Araştırmada gen aktarımı, direnç geni taşıyan konakların değişimi, biyokütle tutulması ve hücre dışı DNA’nın katkısı birbirinden ayrılmamıştır.

Çalışmanın desteklediği sonuçlar

• ABGS, en düşük C/N oranında AGS’den daha fazla biyokütle tutmuş ve daha iyi çökelme özelliği göstermiştir.
• Faz IV’te ABGS’nin toplam azot, toplam fosfor ve SMX giderimleri AGS’den daha yüksektir.
• ABGS’de hücre dışı malzeme, polisakkarit bakımından zengin sıkı bağlı EPS bölümünde daha fazla yoğunlaşmıştır.
• ABGS’nin mikrobiyal topluluğu azot yükü altında birkaç toleranslı işlevsel grubun baskınlaştığı daha yakınsak bir yapıya yönelmiştir.
• Arıtma performansı ile antibiyotik direnç genleri aynı yönde değişmemiştir.
• sul1 ve intI1 son fazda ABGS’de daha yüksek, sul2 ve sul3 daha düşük bulunmuştur.

Çalışmanın kanıtlamadığı sonuçlar

• ABGS’nin gerçek belediye, hastane veya ilaç endüstrisi atıksuyunda aynı performansı sağlayacağı kanıtlanmamıştır.
• Daha yüksek SMX gideriminin daha düşük antibiyotik direnci riski oluşturduğu gösterilmemiştir.
• SMX gideriminde adsorpsiyon, granül içinde tutulma ve biyolojik parçalanmanın ayrı katkıları belirlenmemiştir.
• intI1 ve sul1 genlerinin aynı hareketli genetik yapı üzerinde bulunduğu gösterilmemiştir.
• Yatay gen aktarımı doğrudan ölçülmemiştir.
• TEST modeliyle tahmin edilen toksisite canlı organizma deneyleriyle doğrulanmamıştır.
• Pilot veya tam ölçekli tesis başarısı, uzun dönem işletme maliyeti ve mevsimsel saha kararlılığı gösterilmemiştir.

Çalışmanın güçlü yönleri ve sınırlılıkları nelerdir?

Çalışmanın güçlü yönü, yalnızca çıkış suyu kalitesini değil; granül yapısı, EPS bileşimi, SMX dönüşüm ürünleri, tahmini toksisite, mikrobiyal topluluk, işlevsel genler, ARG’ler ve MGE’leri aynı deneysel zaman çizelgesinde değerlendirmesidir. Karbon azaltımı ile azot artırımı ayrı fazlarda uygulandığı için aynı sayısal C/N azalmasının farklı besin değişimleri yoluyla farklı ekolojik etkiler oluşturabileceği gösterilmiştir.

Başlıca sınırlılık, deneyin sentetik atıksu kullanılan 0,8 litrelik laboratuvar reaktörleriyle yürütülmesidir. Ana metin, her sistem için bir AGS ve bir ABGS reaktörü tanımlamakta; bağımsız reaktör tekrarları bildirmemektedir. Zaman içinde tekrarlanan ölçümler, bağımsız reaktör replikasyonunun sağladığı belirsizlik değerlendirmesinin yerine geçmez.

SMX giriş konsantrasyonu deney boyunca 1 mg·L⁻¹ olarak sabit tutulmuştur. Farklı antibiyotiklerin birlikte bulunduğu gerçek atıksular, değişken sıcaklık, ışık, pH, tuzluluk ve inhibitör maddeler test edilmemiştir. Çamur yaşı kontrol edilmemiştir. Ayrıca ayrıntılı reaktör çevrimi, iz elementler, analitik yöntemler ve biyoinformatik parametreler ek dosyalara yönlendirilmiş; bu ekler yüklenen sürümde yer almamıştır.

Geçmiş çalışmalar sabit koşullarda ABGS’nin antibiyotik gideriminde avantaj sağlayabileceğini ileri sürerken bu araştırma, söz konusu avantajın besin dengesizliği altında da belirli ölçüde korunabileceğini incelemiştir. Günümüzdeki katkısı, arıtma verimi ile direnç geni davranışının birlikte izlenmesi gerektiğini göstermesidir. Gelecekteki temel gereksinim ise gerçek atıksu, pilot ölçek, bağımsız reaktör tekrarları, mutlak gen kopya sayıları, gen-konak eşleştirmesi ve doğrudan yatay aktarım ölçümleridir.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Deneysel tasarım

Reaktörler ve başlangıç biyokütlesi

• İki paralel silindirik foto-sıralı kesikli reaktör kullanılmıştır.
• Her reaktörün etkin hacmi 0,8 L, çapı 6,5 cm ve yüksekliği 32,0 cm’dir.
• Reaktörlerden biri AGS, diğeri ABGS için işletilmiştir.
• Hacim değişim oranı %50, hidrolik bekletme süresi 12 saat ve çevrim süresi 6 saattir.
• Çamur yaşı kontrol edilmemiştir.
• Aydınlatma 12 saat aydınlık ve 12 saat karanlık düzeninde LED lambalarla sağlanmıştır.
• SMX, deney boyunca giriş suyuna 1 mg·L⁻¹ konsantrasyonda eklenmiştir.
• ABGS için Chlorella vulgaris FACHB-31 ve olgun AGS, kuru ağırlık temelinde 1:25 oranında karıştırılmıştır.
• Mikroalg kültürü 7 × 10⁶ hücre·mL⁻¹ yoğunluğunda kullanılmıştır.
• Başlangıç MLSS değeri 4.610 mg·L⁻¹, SVI₅ değeri 57 mL·g⁻¹ olarak verilmiştir.

Ölçüm ve analiz yöntemleri

Metagenomik örnekler her fazın sonunda alınmış, sıvı azotta hızla dondurulmuş ve DNA ekstraksiyonuna kadar −80 °C’de saklanmıştır. DNA, E.Z.N.A. Soil DNA Kit ile çıkarılmıştır. Veri seti için NCBI başvuru numarası SUB16238616 olarak verilmiştir.

Ana sayısal bulgular

Sonuçların teknik anlamı

ABGS’nin temel avantajı, bütün çalışma boyunca kesintisiz olarak daha yüksek giderim sağlaması değildir. Avantaj özellikle karbonun düşük, azot yükünün yüksek ve antibiyotik maruziyetinin uzun süreli olduğu son fazda ortaya çıkmıştır. Granül matrisinin polisakkarit bakımından zengin sıkı bağlı bölüme yönelmesi, belirli denitrifikasyon genlerinin korunması ve stres toleranslı taksonların seçilmesi işlevsel toparlanmayla birlikte görülmüştür.

Bununla birlikte sistemin direnç profili tek yönlü değildir. sul2 ve sul3 ABGS’de daha düşükken sul1 ve intI1 daha yüksektir. Bu nedenle ABGS gibi biyolojik arıtma sistemlerinin değerlendirilmesinde yalnızca antibiyotik konsantrasyonu ve klasik su kalitesi parametreleri değil, gen düzeyindeki direnç göstergeleri de izlenmelidir.

Kaynak ve Yöntem Notu

Çalışmanın tam özgün adı:Unraveling the Functional Stability and Resistance-Gene Dynamics of Algal-Bacterial Granular Sludge in Treating Antibiotic-Containing Wastewater under Stepwise C/N Reduction

Yazarlar ve sıraları: Peiyuan Zhang; Ting Zhang; Jan Baeyens; Wei Xiong; Gang Xiao; Haijia Su.

Eş birinci yazar bilgisi: Çalışmada eş katkı veya eş birinci yazarlık bildirimi yer almamaktadır.

Sorumlu yazarlar: Wei Xiong, Gang Xiao ve Haijia Su.

Kurumlar:

1. State Key Laboratory of Green Biomanufacturing; Beijing Key Laboratory of Green Chemicals Biomanufacturing; College of Life Science and Technology, Beijing University of Chemical Technology, Pekin, Çin.
2. Engineering Laboratory of Low-Carbon Unconventional Water Resources Utilization and Water Quality Assurance; College of Environmental Science and Engineering, Nankai University, Tianjin, Çin.
3. Department of Chemical Engineering, KU Leuven, Sint-Katelijne-Waver, Belçika.

DOI: 10.2139/ssrn.7201925. DOI bilgisi yüklenen metnin başlık sayfasında yazmamakta, resmî SSRN kaydında yer almaktadır.

Dergi: Hakemli bir dergi adı veya kabul edilmiş dergi sürümü bu çalışma üzerinden doğrulanmamıştır.

Yayın platformu: SSRN.

Platform işletmecisi: Elsevier Inc.

Yayın yılı: 2026.

Kaynak türü ve hakemlik durumu: Bu çalışma hakem değerlendirmesinden geçmemiş deneysel bir preprinttir. Sonuçlar bu sınırlılık dikkate alınarak değerlendirilmelidir.

Resmî kaynak bağlantısı:https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=7201925

Yazar katkıları: Peiyuan Zhang veri düzenleme, yöntem, yazılım, ilk taslak ve görselleştirme; Ting Zhang yöntem ve yazılım; Jan Baeyens yazılım ve danışmanlık; Wei Xiong yöntem ve ilk taslak; Gang Xiao kavramsallaştırma, kaynaklar, inceleme-düzenleme, danışmanlık, proje yönetimi ve fon sağlama; Haijia Su kavramsallaştırma, inceleme-düzenleme, danışmanlık ve fon sağlama görevlerini üstlenmiştir.

Bu Türkçe açıklama, yüklenen çalışmanın metni, Tablo 1’i, grafik özeti ve Şekil 1–9’daki deneysel sonuçlar incelenerek hazırlanmıştır. Çalışmada bulunmayan dış bilimsel bulgular eklenmemiştir. Dış kontrol yalnızca başlık, DOI, yayın platformu ve yayın kimliğinin doğrulanması amacıyla kullanılmıştır.

Çalışmanın temel yöntemsel sınırları; sentetik atıksu kullanılması, 0,8 litrelik laboratuvar ölçeği, her sistem için bağımsız reaktör tekrarlarının belirtilmemesi, yalnızca 1 mg·L⁻¹ SMX koşulunun uygulanması, çamur yaşının kontrol edilmemesi, tahmini toksisite modelinin deneysel toksisite testiyle doğrulanmaması ve ek yöntem dosyalarının yüklenen sürümde bulunmamasıdır. Metagenomik göreli gen bollukları enzim aktivitesini, mutlak gen kopya sayısını, genlerin aynı taşıyıcı üzerindeki konumunu veya yatay gen aktarımını doğrudan kanıtlamamaktadır.