Mikroorganizmalar tarafından metabolik ya da enzimatik işlemle kimyasal yapıyı dönüştürülen ya da değiştirilen maddelerin çevreye bırakılmasının bir sürecidir.

Biyodegredasyon süreci

Biyodegredasyon, yaşayan mikrobiyal organizmalar tarafından organik bileşiklerin enzimler kullanılarak küçük parçalara ayrılması işlemidir. Mikrobiyal organizmalar metabolik ya da enzimatik süreçlerle maddeleri dönüştürürler. Biyodegredasyon süreçleri gayet iyi bir biçimde dönüştürmesine rağmen, degredasyonun son ürünü genelde metan ve/veya karbondioksittir.

Biyodegrede edilebilen (çözünebilen) madde genelde yaşayan organizmaların atıkları ve bitki ve hayvan maddeleri gibi organik maddelerdir, veya suni materyaller de mikroplar tarafından kullanılan bitki ve hayvan maddelerine benzer olanlardır. Bazı mikroorganizmalar doğal olarak hidrokarbonlar, poliklorinat bifeniller (PCBs), poliaromatik hidrokarbonlar(PAHs), farmasötikler, radyonükleidler ve metaller içeren bileşiklerin büyük bir kısmını degrede edebilmek için katabolik süreçler meydana getirirler. Organik materyaller oksijen varlığında aerobik, oksijen yokluğunda anaerobik olarak ayrıştırılabilirler.

Aerobik Biyodegredasyon

Aerobik biyodegredasyon, oksijen varlığında mikroorganizmalar tarafından bileşiklerin ayrıştırılmasıdır. Özellikle, sadece oksijen varlığında yaşarlar ve bileşikleri bu şekilde ayrıştırırlar. Bundan dolayı, sistemin kimyası, çevre ya da organizma oksidatif şartla karakterize edilir.  Birçok organik bileşikler aerob diye adlandırılan bakteri tarafından aerobik şartlar altında hızlıca ayrıştırılır. Aerobik bakkteri(aerob) oksijene dayanan bir metabolizmaya sahiptir. Aeroblar, hücresel solunum olarak bilinen bir süreç olan, şekerler ve yağlar gibi substratları oksijen kullanarak oksidize ederler ve bundan enerji elde ederler.

Hücresel solunum başlamadan önce, glukoz molekülleri gibi organik bileşikler küçük moleküllere dönüştürülür. Bu olay, aerobun sitoplazmasında olur. Kimyasal reaksiyonların bir serisi oksijenin yardımıyla bu moleküllerden enerji toplar. Karbon dioksit ve su, aerobik solunumun temel atık ürünlerindendir.

Anaerobik Biyodegredasyon

Biyodegrede edebilen atık, anaerobik solunumun sürecinde oksijenin yokluğunda ayrışıtırılır.  Kağıt ve diğer materyaller, normalde oldukça yavaş ve uzun zaman süren birkaç yılda ayrıştırılır. Bu solunum süreci farklı türdeki birçok mikroorganizmanın birlikte çalışmasını gerektirir ve bu yavaş bir süreçtir.

Anaerobik solunum metan, karbondioksit ve biyomas(biyokütle) içeren organik atıkları dönüştürür. Yaygın olarak biyodegrede edelebilen ve atıksu çamuru arıtmak için kullanılır çünkü materyalin içindekinin hacim ve kütle indirgenmesini, ve atığın içindeki yok edici mikroorganizmların etkili çalışmasını sağlar.

Bütünlenmiş atık yönetim sisteminin bir parçası, anaerobik solunum atmosfere salınan gaz emisyonunu azaltmakta. Anaerobik solunum yenilenebilir bir enerji kaynağıdır çünkü süreç metan ve karbon dioksit gibi zengin biyogaz vb. enerji ürünlerini üretir ve fosil yakıtların yerini alır. Ayrıca, besince zengin maddeler solunumdan sonra yem olarak kullanılabilir.  Mikroorganizmaların sinerjistik bir birlikteliği, organik materyali fermente ederek metan gazına dönüştüren bir süreci gerçekleştirir.

Anaerobik solunumun biyolojik ve kimyasal basamakları 4 tanedir.  Bunlar;

1. ) Hidroliz: Genelde büyük organik polimerler biyomas oluşturur. Bakteri, materyalin enerji potansiyeline erişmek için anaerobik solunumu kullanır, bu zincirler ilk önce küçük yapıtaşları halinde kırılmak zorundadırlar. Bunlar şekerler gibi monomerlerin yapı taşı kısımları diğer bakteri tarafından hazır hale getirilir(yağlar, karbohidrat, protein ve selüloz).

Kırılan zincirlerin sürecinde küçük moleküllerin çözelti içinde çözülmesine hidroliz denir. Bundan dolayı büyük moleküler ağır polimerik bileşimlerin hidrolizinde anaerobik solunum zorunlu birinci adımdır. Kompleks organik moleküllerin hidrolizi;yağ asitlerini, amino asitleri ve basit şekerleri açığa çıkarır. İlk adımda metanojenler tarafondan kullanılabilen asetat ve hidrojen üretilir. Zincirin uzunluğuyla değişmeden kalan volatil yağ asitleri(VFA’s) gibi diğer moleküllerin metanojenler tarafından direk olarak yararlanılmadan önce asetatın bileşimlerden katabolize edilmesi daha iyidir.

2. )Asidojenez:Bir biyolojik proses olan asidojenez, asidojenik bakteri tarafından değişmeden kalan bileşimlerin daha fazla ayrışması olan yerde olur. Buradaki mikrobiyal süreç organik materyali metabolize ederek organik asit ve hidrojen, karbondioksit ve diğer ürünlere dönüştürür. Asidojenezin süreci, mayalanmış sütle benzerdir.

3. ) Asetojenez:Bu olayda asidojenez fazından oluşmuş basit moleküller, acetojenler tarafından asetik asid, karbondioksit ve hidrojene dönüştürülür.

4. )Metanojenez:Anaerobik solunumun son basamağı biyolojik bir proses olan metanojenezdir. Metanojenlerin yararlandığı, önceki basamağın en sonuncusudur ve maddeler metan, karbondioksit ve suya dönüştürülür. Bu basamaktan sonrası olan biyogaz enerji üretimi için toplanır.