Biyofilm Nedir?

Biyofilmler, çoğunlukla bakteriler olmak üzere bazı mikroorganizmaların bir yüzeye yapışarak oluşturdukları kompleks ve organize topluluklardır. Bu mikroorganizmalar, hücre dışı polimerik maddeler (EPS: Extrecellular Polimeric Substances) salgılayarak birbirlerine ve yüzeye sıkıca yapışırlar, bu şekilde biyofilmin dayanıklılığını ve koruyuculuğunu artırırlar. Biyofilmler su içeren ortamlarda sıkça bulunur ve MBR de dahil olmak üzere hem doğal hem de yapay yüzeylerde oluşabilir. Biyofilm içindeki mikroorganizmalar, polisakkarit, protein, lipit ve DNA gibi maddeler salgılarlar. Bu hücre dışı polimerik maddeler, biyofilmin yapısını güçlendirir ve mikroorganizmaların korunmasına yardımcı olur. Biyofilmler, mikroorganizmaları antibiyotikten, dezenfektandan ve immün sistem saldırılarından korur. Akışkanların içinde bir yüzeye sıkıca tutunabilmelerini sağlar. Farklı mikroorganizma türlerini barındırabilir ve farklı katmanlar veya bölgeler oluşturabilir. Bu heterojenlik, biyofilmin farklı çevresel koşullara uyum sağlamasına da olanak tanır.

Biyofilm oluşumunda öncelikle serbest halde (planktonik) olan mikroorganizmalar, uygun bir yüzeye tutunurlar. Ardından mikroorganizmalar, daha sıkı bir şekilde yüzeye yapışır ve EPS salgılamaya başlar. Zaman geçtikçe mikroorganizmalar çoğalır, quorum sensing ile iletişim kurar ve biyofilmin kalınlaşmasına neden olur. Biyofilm olgunlaştıkça, daha karmaşık ve organize bir yapı haline gelir. Olgun biyofilmin bir kısmı koparak serbest hale gelebilir ve yeni yüzeylere tutunarak yeni biyofilmler oluşturabilir. Bu nedenle biyofilm geliştikçe kontrol etmesi çok daha zor bir hale gelir. Biyofilm parçaları boru hatları ve filtrelerin iç yüzeylerinde birikerek tıkanmalara yol açabilmektedir. Bu tıkanmalar, su akışını azaltabilir ve sistemin verimliliğini düşürür. Özellikle membran biyoreaktörlerde biyofilm birikimi, membranların tıkanmasına ve performansın düşmesine neden olabilir. Biyofilm birikimi, daha sık ve maliyetli temizlik ve bakım işlemlerine ihtiyaç duyulmasına neden olur. Ekipmanların temizlenmesi ve biyofilmlerden arındırılması için kimyasal ve mekanik yöntemler kullanılır fakat aynı zamanda Tıkanıklıklar ve azalan verimlilik, pompalama ve arıtma işlemlerinde daha fazla enerji tüketimine yol açabilmektedir.

Biyofilmler, atık su arıtımında ve biyoıslahta kullanılan biyolojik proseslerin etkinliğini olumsuz etkileyebilir. Örneğin, biyofilm tabakaları içinde oksijen ve besin maddelerinin transferi sınırlanabilir, bu da mikroorganizmaların etkinliğini azaltabilir. Aynı zamanda biyofilm içindeki mikroorganizmaların heterojen yapısı ve aktivitesi, arıtma süreçlerinin dengesiz olmasına ve arıtma verimliliğinin azalmasına sebep olabilir. Aynı zamanda biyofilmler patojenik mikroorganizmalar için korunaklı bir ortam sağlar, bunun sonucunda atık su arıtımının sonunda çıkan su patojenlerden tamamen arınamayabilir ve sağlık riskleri oluşturabilir. Bunun yanında biyofilmler bazı kimyasal kirleticileri tutarak bunların su sisteminden atılamamasına neden olabilir. Bazen de su arıtma sistemlerinde kullanılan sensör ve ölçüm aletlerinin yüzeylerinde biyofilmler birikerek doğru ölçüm yapmalarını engelleyebilir. Bu da sistem performansının izlenmesini ve optimize edilmesini zorlaştırır. Bu sebeplerden ötürü su arıtımında biyofilm oluşumunu çeşitli yöntemler kullanarak minimuma indirmek hem sağlık hem güvenilirlik hem de verim bakımından oldukça önemlidir.