Η μελέτη της τάσης να παραμένουν αναλλοίωτες και της επίδρασης των φαρμακευτικών ουσιών στο περιβάλλον παρουσιάζει τα τελευταία έτη αυξανόμενο ενδιαφέρον. Οι φαρμακευτικές ουσίες που χρησιμοποιούνται από τον άνθρωπο καθώς και οι μεταβολίτες τους, καταλήγουν στις μονάδες βιολογικού καθαρισμού μέσω των λυμάτων των μονάδων παραγωγής τους, των νοσοκομείων, καθώς και των αστικών λυμάτων. Η πιθανή κατάληξη των ουσιών αυτών, εφόσον τα λύματα τυγχάνουν βιολογικής επεξεργασίας, όπως συμβαίνει άλλωστε με όλες τις ξενοβιοτικές ουσίες, μπορεί να εμπίπτει σε μια από τις ακόλουθες περιπτώσεις: • Οι φαρμακευτικές ουσίες ή μεταβολίτες τους βιοαποδομούνται. • Οι φαρμακευτικές ουσίες ή οι μεταβολίτες τους είναι ανθεκτικές ενώσεις στη βιοπαδόμηση και ανάλογα με την υδροφοβικότητά τους, προσροφούνται στην ιλύ ή παραμένουν στην υδατική φάση. Οι ουσίες που δεν προσροφούνται στην ιλύ διέρχονται ανέπαφες μέσα από τις μονάδες βιολογικού καθαρισμού και καταλήγουν στα υδάτινα συστήματα. • Οι φαρμακευτικές ουσίες στην περίπτωση που παραμένουν προσροφημένες στην ιλύ, εάν η ιλύς χρησιμοποιηθεί ως εδαφοβελτιωτικό, μπορούν να διασκορπιστούν στους αγρούς κατά την εφαρμογή της ιλύος και να ρυπαίνουν το έδαφος. Οι ουσίες δε που εμφανίζουν κινητικότητα μπορεί να καταλήξουν στα υπόγεια νερά ή στα επιφανειακά ύδατα. Οι λοιπές δεσμεύονται στο έδαφος. Τα περισσότερα φάρμακα σχεδιάζονται να είναι ανθεκτικά ώστε, αφ’ ενός μεν να διατηρούν τη χημική τους ακεραιότητα προκειμένου να επιτελέσουν το θεραπευτικό τους σκοπό, αφ’ ετέρου δε να έχουν βιολογική δράση. Με δεδομένη την ανθεκτικότητά τους, η συνεχής εκπομπή τους στο περιβάλλον έχει ως αποτέλεσμα την παρουσία τους για σημαντικό χρονικό διάστημα, προξενώντας πιθανότατα σοβαρές αρνητικές επιπτώσεις τόσο στα υδάτινα όσο και εδαφικά οικοσυστήματα. Η άμεση ή έμμεση επαναχρησιμοποίηση των υδάτων έχει ως αποτέλεσμα τη συσσώρευση των ανθεκτικών αυτών ουσιών σε μεγαλύτερες ακόμη συγκεντρώσεις. Στην παρούσα εργασία εξετάζονται έξι φαρμακευτικές ουσίες (προπρανολόλη, διχλωφενακικό νάτριο, σουλφαμεθοξαζόλη, χλωφιβρικό οξύ, καρμπαμαζεπίνη, οφλοξακίνη), οι οποίες έχουν βρεθεί στις εκροές των μονάδων βιολογικού καθαρισμού (Γαλλία, Ελλάδα, Ιταλία, Σουηδία κ.α.) σε συγκεντρώσεις της τάξεως των μικρογραμμαρίων ανά λίτρο. Ερευνήθηκε η τύχη τους σε όλες τις πιθανές διαδρομές που μπορεί να ακολουθήσουν μετά την διάθεσή τους στο αποχετευτικό σύστημα: σύστημα ενεργού ιλύος, θάλασσα, νερό πηγής και έδαφος. Μελετήθηκε δηλαδή η βιοαποδοσιμότητα τους κατά την διεργασία της ενεργού ιλύος και κατά την παρουσία τους σε υδάτινους αποδέκτες. Επίσης, εξετάστηκε η ικανότητά προσρόφησής τους και η κινητικότητα τους σε δύο διαφορετικούς τύπους εδάφους καθώς επίσης και στην αερόβια και αναερόβια ιλύ. Οι φαρμακευτικές ουσίες, με εξαίρεση την σουλφαμεθοξαζόλη, βρέθηκαν να είναι ιδιαίτερα ανθεκτικές στα υδάτινα συστήματα κατά την επεξεργασία τους με διεργασία ενεργού ιλύος. Η αποδόμηση της σουλφαμεθοξαζόλης επιτεύχθηκε κάτω από αερόβιες συνθήκες με τη βοήθεια μιας μεικτής εγκλιματισμένης καλλιέργειας μικροοργανισμών, η οποία και αποτελούσε πηγή άνθρακα ή/και πηγή αζώτου. Κάτι τέτοιο συμβαίνει όταν υπάρχει έλλειψη εναλλακτικής πηγής άνθρακα ή αζώτου. Όσον αφορά στην προσρόφηση των ουσιών στο έδαφος και στην ιλύ, οι συντελεστές προσρόφησης που προσδιορίστηκαν ποικίλουν ανάλογα με τη φύση της ουσίας και του στερεού υλικού (υποστρώματος). Η οφλοξακίνη ήταν ισχυρά προσροφούμενο (με εξαίρεση την περίπτωση της αναερόβιας λάσπης), ενώ το χλωφιβρικό οξύ βρέθηκε ότι είναι το ασθενέστερα προσροφούμενο και ότι εμφανίζει ιδιαίτερη κινητικότητα. Επίσης, η προσρόφηση των ουσιών αποδείχτηκε ότι εξαρτάται σημαντικά από το pH του συστήματος και από την ιοντική ισχύ. Τέλος, η τύχη των φαρμακευτικών ουσιών στο έδαφος προσδιορίστηκε με τη βοήθεια λυσιμέτρων. Οι παράμετροι που εξετάστηκαν ήταν: α) ο ρυθμός φόρτισης των φαρμακευτικών ουσιών β) υδραυλική φόρτιση και γ) η επίδραση της «βροχής». Σημαντικές διαφορές παρατηρήθηκαν στην κινητικότητα των έξι φαρμακευτικών ουσιών, που σχετίζονταν με την ικανότητα προσρόφησης/εκρόφησης των ουσιών, την ποσότητα της ουσίας που εφαρμοζόταν, τη ροή και την ένταση των γεγονότων της «βροχής». / The study of the effect of pharmaceutical substances, as well as their persistence in the environment, has received an increasing interest in the recent years. Pharmaceutical substances used by humans, as well as their metabolites, enter the Sewage Treatment Plants (STP’s) through discharges from production facilities, hospitals and private household effluents. The most likely fate of these substances, provided that the sewages undergo (like all xenobiotic substances) biological treatment, may be one of the following: • The pharmaceutical substances or their metabolites are mineralized by microorganisms to carbon dioxide and water. • The pharmaceutical substances or their metabolites are more or less persistent in the STP, which implies that depending on their lipophilicity, the substances will be partly retained in the sludge or they will remain dissolved in the aquatic phase. The substances that will neither be retained, nor degraded in the STP, easily reach the aquatic systems. • The pharmaceutical substances, in case they are adsorbed on the sludge, if the sludge is used as a soil amendment, may be dispersed on agricultural land. The substances that are mobile in the soil may reach the ground water or leach to a nearby stream. The rest will be retained by soil. Most drugs are designed to be resistant and to maintain their chemical structure, as well as their biological activity, so that they can perform their therapeutic task. All of these factors, together with their continuous discharge, cause them to remain in the environment for significantly extended times, with adverse effects on the aquatic and terrestrial ecosystems. Direct or indirect water reuse leads to accumulation of pharmaceuticals to concentrations much higher than those of the original discharge. In the present work six pharmaceutical substances (propranolol, diclofenac, sulfamethoxazole, clofibric acid, carbamazepine, ofloxacin), which have been found in the effluents of STP’s (France, Greece, Italy, Sweden) in concentrations of the order of micrograms per litter, were examined. Their fate, in all the likely paths that can follow during their disposal in the drainage, such as the process of activated sludge, seawater, fresh water and soil, was studied. The biodegradation of the aforementioned substances was studied during the process of activated sludge as well as when discharged in aquatic (sea and brackish water) receivers. The adsorption capacity and the mobility in two different types of soil, and in the aerobic and anaerobic sludge of the subject substances was investigated. The subject pharmaceutical substances with the sole exception of sulfamethoxazole, were found to be particularly persistent both in the aquatic systems and during their treatment with activated sludge. The biodegradation of sulfamethoxazole was achieved under aerobic conditions in which the substance served both as carbon and nitrogen source for the enriched consortium (i.e. whenever there was a shortage of a carbon or a nitrogen source). As far as the adsorption of the subject substances on soil and on sludge is concerned, the distribution coefficients measured varied depending on the nature of substance and solid material. Ofloxacin was particularly strongly adsorbed (except for the case of using anaerobic biomass for the solid matrix), while clofibric acid was found to be weakly adsorbed. The adsorption of subject substances proved to depend considerably on the pH of system and on the ionic strength. Finally, the fate of pharmaceuticals in soil was also assessed using lysimeter studies. Important parameters investigated included: the pharmaceutical loading rate and the hydraulic loading rate for adsorption and the rate and duration of a “rain” event for desorption. Significant differences in the mobility of the six pharmaceuticals were found and they were correlated with the adsorption/desorption properties of the compounds, the amount of drug applied, the intensity of the “rain” events and the type of the soil.

Το παρόν πρωτόκολλο σχεδιάστηκε προκειμένου να εκτιμήσει την ασφάλεια και την feasibility των μεταλλικών ενδοπροθέσεων που απελευθερώνουν φαρμακευτικές ουσίες (Drug-Eluting Stents, DES) έναντι των απλών μεταλλικών ενδοπροθέσεων (Bare-Metal Stents, BMS) στο φλεβικό μοντέλο κονίκλου, χρησιμοποιώντας Οπτική Συνεκτική Τομογραφία (Frequency Domain – Optical Coherence Tomography, FD-OCT). Μέθοδοι Δεκατρείς λευκοί κόνικλοι Νέας Ζηλανδίας υποβλήθηκαν σε τοποθέτηση μεταλλικών ενδοπροθέσεων που απελευθερώνουν Zotarolimus (Group DES) στη μία κοινή λαγόνιο φλέβα και απλών μεταλλικών ενδοπροθέσεων (Group BMS) στην απέναντι κοινή λαγόνιο. Τα πρωτογενή καταληκτικά σημεία περιελάμβαναν την τεχνική επιτυχία της τοποθέτησης των μεταλλικών ενδοπροθέσεων καθώς και την σύγκριση της νεοενδοθηλιακής υπερπλασίας ανάμεσα στα δύο υπό μελέτη σύνολα με την βοήθεια την οπτικής συνεκτικής τομογραφίας. Αποτελέσματα Η τεχνική επιτυχία της τοποθέτησης 13 μεταλλικών ενδοπροθέσεων που απελευθερώνουν φαρμακευτικές ουσίες και 13 απλών μεταλλικών ενδοπροθέσεων ήταν 100% (26/26 μεταλλικές ενδοπροθέσεις). Τρεις κόνικλοι πέθαναν (3/13, 23%) μέσα στις πρώτες 45 μέρες. Τα υπόλοιπα 10/13 ζώα (77%) θανατώθηκαν την 90η μέρα από την ημέρα τοποθέτησης των μεταλλικών ενδοπροθέσεων. Οι 20 μεταλλικές ενδοπροθέσεις (stents) αφαιρέθηκαν με επιτυχία. Επιτυχής FD-OCT πραγματοποιήθηκε σε όλα τα τμήματα των κοινών λαγόνιων φλεβών που αφαιρέθηκαν, 10 στο Group DES και 10 στο Group BMS. Δεν υπήρξε στατιστικά σημαντική διαφορά στην μέση νεοενδοθηλιακή υπερπλασία ανάμεσα στα δύο σύνολα (3.02±1.19mm2 στο Group DES, έναντι 2.76±1.17mm2 στο Group BMS). Συμπέρασμα Σε αυτό το πειραματικό πρωτόκολλο, η τοποθέτηση DES στο φλεβικό αγγειακό σύστημα ήταν δυνατή. Η νεοενδοθηλιακή υπερπλασία ήταν παρόμοια και στα δύο σύνολα μετά από περίοδο ελέγχου τριών μηνών. / This protocol was designed to evaluate the safety and feasibility of drug-eluting stents (DES) implantation, as well as to compare their long-term results vs. bare-metal stents (BMS) in a rabbit venous model, using Frequency-Domain Optical Coherence Tomography (FD-OCT). Methods Thirteen New Zealand white rabbits underwent implantation of a Zotarolimus-eluting stent in the iliac vein (Group DES) and a BMS in the contralateral iliac vein (Group BMS). Study’s primary endpoints included technical success and the comparison of in-stent neointimal hyperplasia in the two study groups using ex vivo FD-OCT, at 3 months. Results Thirteen DES and 13 BMS were successfully implanted. Technical success rate was 100% (26/26 stents). Three animals (3/13, 23.0%) died within the first 45 days. The remaining 10/13 animals (77%) were euthanized at the 90th day following stent implantation. The 20 stents were successfully removed. Successful ex vivo FD-OCT was performed in all stent-implanted iliac vein segments; 10 in group DES and 10 in group BMS. There was no statistically significant difference in the mean neointimal thickness (NIT) between the two groups (3.02±1.19mm² in group DES vs. 2.76±1.17mm² in group BMS; p=0.0501). Conclusions In this experimental protocol, DES application in the venous system was safe and feasible. Hyperplasia thickness was similar in both groups after 3 months follow-up.

Η ανθρώπινη δραστηριότητα (γεωργική, βιομηχανική, αστική κ.α.) καθώς και η διαχείριση των λυμάτων στις μονάδες επεξεργασίας υγρών αποβλήτων (ΜΕΥΑ) επηρεάζουν τα επιφανειακά και υπόγεια υδατικά συστήματα όπως ποτάμια, λίμνες, λιμνοθάλασσες, θάλασσες κ.α. αποτελούν σημαντικές πηγές ρύπανσης και επιφέρουν επιπτώσεις στα οικοσυστήματα αυτά. Η μεταφορά, η κατανομή και η απομάκρυνση των οργανικών μικρορύπων όπως είναι τα παρασιτοκτόνα, οι φαρμακευτικές ενώσεις, οι ενώσεις που περιέχονται στα προϊόντα προσωπικής φροντίδας, κ.α., καθώς και οι μεταβολίτες τους, αποτελεί τις τελευταίες δεκαετίες αντικείμενο συστηματικής έρευνας προκαλώντας το ενδιαφέρον τόσο της επιστημονικής κοινότητας όσο και της κοινωνίας γενικότερα. Ο ποταμός Αχελώος (η κατώτερη λεκάνη απορροής του), που βρίσκεται στην Δυτική Ελλάδα καθώς και η μονάδα επεξεργασίας υγρών αποβλήτων (ΜΕΥΑ) της πόλης του Αγρινίου της οποίας τα επεξεργασμένα λύματα απορρίπτονται σε αυτόν, αποτελεί την περιοχή μελέτης της παρούσας διατριβής. Πρόκειται για ένα υδατικό σύστημα υψηλής περιβαλλοντικής σημασίας αφού συνδέεται με τις λίμνες Τριχωνίδα και Λυσιμαχία καθώς και με τις λιμνοθάλασσες Μεσολογγίου και Αιτωλικού. Επιπροσθέτως, το δέλτα του ποταμού προστατεύεται από διεθνείς περιβαλλοντικές συνθήκες (Ramsar και Natura 2000). Η κατώτερη λεκάνη απορροής του Αχελώου περιλαμβάνει μεγάλες εκτάσεις καλλιεργούμενης γης (πεδιάδες Αγρινίου και Νεοχωρίου-Κατοχής). Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι: (α) η μελέτη των επιπέδων των συγκεντρώσεων της μεταβολής (χρονικής και χωρικής) και των επιπτώσεων παρασιτοκτόνων, φαρμακευτικών ενώσεων που ανήκουν σε διαφορετικές χημικές ομάδες και οργανικών ενώσεων προϊόντων προσωπικής φροντίδας στον ποταμό Αχελώο, (β) η απομάκρυνσή τους από την μονάδα επεξεργασίας υγρών αποβλήτων της πόλης του Αγρινίου, (γ) η μελέτη των επιπέδων ρύπανσης από τα επεξεργασμένα λύματα που καταλήγουν στον Αχελώο, (δ) η φωτολυτική και φωτοκαταλυτική αποικοδόμηση (κινητική, μηχανισμοί αποικοδόμησης, σχηματισμός παραπροϊόντων) επιλεγμένων οργανικών ενώσεων από τις παραπάνω ομάδες (του παρασιτοκτόνου tebuconazole και της βακτηριοκτόνου triclosan) στην υδατική φάση (απεσταγμένο νερό και επεξεργασμένα λύματα) ως εναλλακτική τεχνολογία επεξεργασίας για την μείωση των επιπέδων ρύπανσης από τις μονάδες βιολογικού καθαρισμού. Αναπτύχθηκαν και εφαρμόστηκαν πολυ-υπολειμματικές μεθοδολογίες προσδιορισμού των παρασιτοκτόνων και φαρμακευτικών ενώσεων σε δείγματα από τον ποταμό Αχελώο και από την ΜΕΥΑ του Αγρινίου. Η μεθοδολογία περιελάμβανε την απομόνωση των ενώσεων με την τεχνική της υγρής-στερεάς εκχύλισης και τον προσδιορισμό τους με τεχνικές αέριας χρωματογραφίας. Επιλέχτηκαν 32 ενώσεις παρασιτοκτόνων και μεταβολιτών τους (alachlor, atrazine, atrazine desethyl, EPTC, s-metolachlor, simazine, trifluralin, azinphos methyl, chlorpyrifos, chlorpyrifos methyl, chlorfenviphos, diazinon, dichlorvos, dimethoate, fenthion, fenthion sulfoxide, malaoxon, methidathion, methyl parathion, cyproconazole, pyrimethanil, triadimefon, pirimiphos methyl, isoproturon, diuron, carbofuran, quinalphos, triazophos, phosalone, pyrazophos, penconazole, tebuconazole) σύμφωνα με προηγούμενες και σύγχρονες χρήσεις τους στην λεκάνη απορροής του ποταμού Αχελώου. Για την ανίχνευση και την ποσοτικό προσδιορισμό τους χρησιμοποιήθηκε η αέρια χρωματογραφία με ανιχνευτή θερμοϊονισμού φλόγας (GC-FTD) και με φασματομετρία μάζας (GC-MS). Επίσης, έγινε επιλογή 12 φαρμακευτικών ενώσεων και μεταβολιτών τους (salicylic acid, paracetamol, clofibric acid, ibuprofen, phenazone, gemfibrozile, triclosan, naproxen, diclofenac, carbamazepine, caffeine, fenofibrate) σύμφωνα με τα δεδομένα ανίχνευσης και επιπέδων συγκέντρωσης που έχουν καταγραφεί στην Ευρώπη και σε ελάχιστες μελέτες για τον Ελλαδικό χώρο. Για την ανίχνευση και την ποσοτικό προσδιορισμό τους χρησιμοποιήθηκε επίσης αέρια χρωματογραφία με φασματομετρία μάζας (GC-MS). Η χωρική και χρονική διακύμανση των συγκεντρώσεων των παρασιτοκτόνων παρακολουθήθηκε από τον Μάρτιο του 2005 έως τον Φεβρουάριο του 2008. Η χρονική περίοδος δειγματοληψίας περιλαμβάνει ένα έτος πριν την κατάργηση της καλλιέργειας του καπνού, η οποία έγινε σταδιακά από 1/1/2006 μετά την αναθεώρηση της Κοινής Αγροτικής Πολιτικής (ΚΑΠ) σχετικά με τις καλλιέργειες καπνού, και δύο έτη μετά με συνέπεια οι αλλαγές στις γεωργικές χρήσεις γης να εμφανίσουν σημαντικές επιδράσεις στις εισροές παρασιτοκτόνων στον ποταμό Αχελώο. Τις μεγαλύτερες συχνότητες ανίχνευσης εμφάνισαν από τα εντομοκτόνα τα diazinon (78.6%) και fenthion (52.6%), από τα ζιζανιοκτόνα τα DEA (69.3%) και alachlor (50%) και από τα μυκητοκτόνα τα pyrimethanil (67,3%) και tebuconazole (44,7%). Η στατιστική ανάλυση των συγκεντρώσεων των ανιχνευθέντων παρασιτοκτόνων ανέδειξε σημαντικά μεγαλύτερες συγκεντρώσεις την περίοδο εφαρμογής τους, δηλαδή την άνοιξη και τις αρχές του καλοκαιριού, καθώς και μια αυξητική τάση κατά μήκος του ποταμού προς τα σημεία δειγματοληψίας που βρίσκονται στο δέλτα του ποταμού. Διαπιστώθηκε επίσης μείωση των μέσων τιμών των συγκεντρώσεων των παρασιτοκτόνων τα έτη 2006 και 2007 σε σχέση με το 2005 αποδεικνύοντας ότι η κατάργηση της καλλιέργειας του καπνού και η αλλαγή καλλιεργειών είχε σημαντική επίδραση στα επίπεδα ρύπανσης του ποταμού. Το συμπέρασμα αυτό επιβεβαιώθηκε και από την εκτίμηση του κινδύνου που υπολογίστηκε ξεχωριστά για κάθε έτος δειγματοληψίας με την προσδιοριστική μέθοδο του πηλίκου κινδύνου (Risk Quotient). Έτσι, το 2005 έξι παρασιτοκτόνα εμφάνισαν υψηλή επικινδυνότητα, ενώ το 2007 μόλις ένα. Η παρουσία και η απομάκρυνση των παρασιτοκτόνων από τη μονάδα επεξεργασίας υγρών αποβλήτων του Αγρινίου μελετήθηκε για χρονική περίοδο δεκατεσσάρων μηνών (Απρίλιος 2007-Μάιος 2008). Τα ζιζανιοκτόνα isoproturon, atrazine και ο μεταβολίτης DEA, alachlor, τα μυκητοκτόνα tebuconazole και cyproconazole και τα εντομοκτόνα diazinon, methidathion, chlorfenviphos και chlorpyriphos εντοπίστηκαν πιο συχνά στα δείγματα εισροής και εκροής. Οι εποχιακές διακυμάνσεις που παρατηρήθηκαν για τα περισσότερα παρασιτοκτόνα δείχνουν ότι στο παντοροϊκό σύστημα της μονάδας επεξεργασίας υγρών αποβλήτων καταλήγουν τα υπολείμματα των παρασιτοκτόνων από τις γεωργικές εφαρμογές στην περιαστική περιοχή καθώς και από την καταπολέμηση των παρασίτων στην πόλη, με υψηλότερες συγκεντρώσεις κατά τη διάρκεια της περιόδου κύριας εφαρμογής τους από τα μέσα Μαρτίου έως τα τέλη Ιουνίου. Εξαίρεση στην παραπάνω τάση παρατηρήθηκε στα μυκητοκτόνα της κατηγορίας των υποκατεστημένων αζολών, εκτός του triadimefon, όπου ανιχνεύσεις καταγράφηκαν για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα κατά τη διάρκεια του έτους, λόγω της χρήσεις τους ως συντηρητικά-βιοκτόνα σε επιφάνειες και επιχρίσματα. Μελετήθηκε επιπρόσθετα το ποσοστό της απομάκρυνσης των παρασιτοκτόνων κατά τα στάδια της δευτεροβάθμιας και τριτοβάθμιας επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων. Η % απομάκρυνση συνολικά για όλα τα στάδια της επεξεργασίας, για τα ζιζανιοκτόνα κυμάνθηκε από 65% έως 77%, για τα alachlor και trifluralin αντίστοιχα, ενώ για το DEA έφτασε το 82%, για τα εντομοκτόνα κυμάνθηκε μεταξύ 62% και 98% για τα chlorfenviphos και dichlorvos, αντίστοιχα ενώ από όλα τα μυκητοκτόνα, το triadimefon εμφάνισε την μεγαλύτερη μέση απομάκρυνση (93%) και το pyrimethanil την μικρότερη (46%). Γενικά, η πρωτοβάθμια επεξεργασία στην ΜΕΥΑ δεν συμβάλει σημαντικά στην απομάκρυνση των παρασιτοκτόνων από τα υγρά λύματα, ενώ η τριτοβάθμια είναι αποτελεσματική για ένα μικρό αριθμό παρασιτοκτόνων. Αναδείχτηκε ότι μια σημαντική πηγή εισόδου παρασιτοκτόνων στον ποταμό Αχελώο αποτελούν και οι εκροές από την ΜΕΥΑ του Αγρινίου, αφού μόνο μερικές από αυτές τις ενώσεις απομακρύνονται σε υψηλά ποσοστά κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας των αποβλήτων. Με στόχο την διερεύνηση της ρύπανσης του ποταμού Αχελώου από τις 12 επιλεχθέντες φαρμακευτικές ουσίες, έγιναν μηνιαίες δειγματοληψίες για χρονικό διάστημα ενός έτους ή 14 μηνών. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα που προέκυψαν, το salicylic acid, η paracetamol, το carbamazepine και η caffeine ανιχνεύθηκαν στο 100 % των δειγμάτων, ενώ η υψηλότερη συγκέντρωση που ανιχνεύθηκε ήταν 350,13 ng/L για την paracetamol. Σύμφωνα με την στατιστική επεξεργασία των αποτελεσμάτων δεν παρατηρήθηκαν εποχιακές διαφορές στις μέσες τιμές των συγκεντρώσεων των φαρμακευτικών ενώσεων. Αντίθετα, για την χωρική κατανομή τους παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική διαφορά (Ρ<0,050) για το σημείο δειγματοληψίας, που βρίσκεται μετά την έξοδο της ΜΕΥΑ της πόλης του Αγρινίου για το σύνολο των ενώσεων που μελετήθηκαν. Τέλος, πραγματοποιήθηκε η εκτίμηση του κινδύνου για δύο σενάρια: της γενικής (RQm) και της ακραίας υπόθεσης (RQex) όπου η διάμεση και η μέγιστη συγκέντρωση που προσδιορίστηκαν, χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό του πηλίκου κινδύνου. Τα αποτελέσματα ανέδειξαν και για τα δύο σενάρια ότι μόνο το triclosan εμφανίζει υψηλή επικινδυνότητα ενώ οι υπόλοιπες ενώσεις εμφανίζουν χαμηλή ή μέτρια επικινδυνότητα. Τα επίπεδα συγκέντρωσης της ομάδας των φαρμακευτικών ουσιών καθώς και η απομάκρυνσή τους από τη ΜΕΥΑ του Αγρινίου εξετάστηκαν κατά τη διάρκεια μιας δεκατετράμηνης δειγματοληψίας. Οι περισσότερες από αυτές (salicylic acid, clofibric acid, paracetamol, caffeine, gemfibrozil, triclosan, diclofenac και carbamazepine) ανιχνεύτηκαν σε ποσοστό 100% των αναλυθέντων δειγμάτων. Οι υψηλές συχνότητες ανίχνευσης οφείλονται είτε στην συχνή τους κατανάλωση (π.χ. salicylic acid, clofibric acid, paracetamol, caffeine και gemfibrozil), είτε στα μικρά ποσοστά απομάκρυνσής τους κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας στη ΜΕΥΑ (π.χ. carbamazepine), είτε και στους δύο παραπάνω λόγους (π.χ. triclosan και diclofenac). Οι μέσες τιμές απομάκρυνσης των φαρμακευτικών ενώσεων από τη ΜΕΥΑ υπολογίστηκαν μεταξύ 46,3% και 96,8%, με τις υψηλότερες τιμές να καταγράφονται για το naproxen (96,8%) και την caffeine (96%) ενώ οι χαμηλότερες για το carbamazepine (46,3%) και το triclosan (63,2%). Κατά τη διάρκεια των χειμερινών μηνών παρατηρήθηκαν μικρότερες μέσες τιμές απομάκρυνσης λόγω των χαμηλότερων θερμοκρασιών αλλά και λόγω των βροχοπτώσεων που προκαλούν αραίωση από τη μια και μικρότερους υδραυλικούς χρόνους παραμονής των λυμάτων στη ΜΕΥΑ από την άλλη. Μελετήθηκε η φωτολυτική και φωτοκαταλυτική αποικοδόμηση (κινητική, μηχανισμοί αποικοδόμησης, σχηματισμός παραπροϊόντων) επιλεγμένων οργανικών ενώσεων από τις παραπάνω ομάδες (του παρασιτοκτόνου tebuconazole και της βακτηριοκτόνου triclosan) στην υδατική φάση (απεσταγμένο νερό και επεξεργασμένα λύματα) ως εναλλακτική τεχνολογία επεξεργασίας για την μείωση των επιπέδων ρύπανσης από τις μονάδες βιολογικού καθαρισμού. Το tebuconazole επιλέχθηκε λόγω της μεγάλης εφαρμογής του τα τελευταία χρόνια σε γεωργικές και αστικές χρήσεις, της μικρής του απομάκρυνσης κατά την επεξεργασία των υγρών αποβλήτων στη ΜΕΥΑ και της μεγάλης ανθεκτικότητάς του στο περιβάλλον. Το triclosan παρόλο που δεν ανιχνεύτηκε σε μεγάλες συγκεντρώσεις, επιλέχθηκε επειδή είναι η μόνη από τις φαρμακευτικές ενώσεις που μελετήθηκαν που εμφανίζει υψηλή επικινδυνότητα για το περιβάλλον ,καθώς επίσης και λόγω της χημικής του δομής, που είναι παρόμοια και μπορεί να είναι πρόδρομη με ιδιαίτερα τοξικές ενώσεις όπως τα πολυχλωριωμένα φουράνια και οι διοξίνες. Επιδεικνύει ανθεκτικότητα στην αποικοδόμησή του ενώ αποδεδειγμένα προκαλεί ενδοκρινική διαταραχή σε έμβια όντα. Ως πρώτος στόχος της μελέτης της φωτοκαταλυτικής αποικοδόμησης ήταν η διερεύνηση των βασικών πειραματικών παραμέτρων που επιδρούν στο ρυθμό και την απόδοση της φωτοκαταλυτικής οξείδωσης (συγκέντρωση του καταλύτη, αρχική συγκέντρωση του ρύπου, ένταση της ακτινοβολίας) και η εύρεση των βέλτιστων συνθηκών για τη μέγιστη φωτοκαταλυτική δραστικότητα με τη χρήση Κεντρικού Σύνθετου Πειραματικού Σχεδιασμού (Central Composite Design, CCD) και μεθοδολογία απόκρισης επιφανείας. Εν συνεχεία μελετήθηκε η κινητική της αποικοδόμησής τους σε διάφορες πειραματικές συνθήκες, η εκτίμηση του βαθμού ανοργανοποίησης των ρύπων και τέλος η μελέτη του μηχανισμού της αποικοδόμησής τους. Τα πειράματα της φωτόλυσης και της φωτοκατάλυσης πραγματοποιήθηκαν σε φωτο-αντιδραστήρα με χρήση οργανολογίας (SUNTEST XLS+, ATLAS) που προσομοιώνει την ηλιακή ακτινοβολία. Ο ποσοτικός προσδιορισμός των tebuconazole και triclosan για τη μελέτη της κινητικής της αντίδρασης διάσπασης σε υδατικά διαλύματα πραγματοποιήθηκε με υγρή χρωματογραφία υψηλής απόδοσης (HPLC). Στα δείγματα που λαμβάνονταν σε τακτά χρονικά διαστήματα εκτός από τη συγκέντρωση του ρύπου, προσδιορίζονταν και ο ολικός οργανικός άνθρακας (TOC) καθώς και οι συγκεντρώσεις των ανόργανων ιόντων που προκύπτουν από την διάσπαση της μητρικής ένωσης με τη χρήση ιοντικού χρωματογράφου. Επίσης, για την διερεύνηση του μηχανισμού των αντιδράσεων της φωτοκαταλυτικής διάσπασης των επιλεχθέντων ρύπων έγινε κινητική μελέτη με τη χρήση παρεμποδιστών ενώ παράλληλα προσδιορίστηκαν τα ενδιάμεσα προϊόντα της διάσπασής τους με ταυτοποίηση τους σε αέριο χρωματογράφο με φασματοσκοπία μάζας (GC-MS). Από τα αποτελέσματα των πειραμάτων του Κεντρικού Σύνθετου Πειραματικού Σχεδιασμού (CCD), οι βέλτιστες συνθήκες για την αποδόμηση του tebuconazole βρέθηκαν να είναι Cteb=1ppm, CTiO2=550ppm, I=650W/m2 ενώ για το triclosan Ctric=1ppm, CTiO2=550ppm, I=700W/m2. Στις βέλτιστες συνθήκες πραγματοποιήθηκαν τα πειράματα κινητικής μελέτης με ή χωρίς παρεμποδιστές, μελέτης των ενδιάμεσων προϊόντων της φωτοκαταλυτικής τους διάσπασης καθώς και της ανοργανοποίησής τους. Η διάσπαση των ρύπων ακολούθησε κινητική ψευδό-πρώτης τάξης. Τα αποτελέσματα από τα πειράματα κινητικής με χρήση παρεμποδιστών κατέδειξαν ότι η φωτοκαταλυτική αποικοδόμηση του tebuconazole λαμβάνει χώρα κυρίως μέσω των ελευθέρων ριζών υδροξυλίου και με μικρότερη συμμετοχή και των θετικών οπών. Αντίστοιχα, για το triclosan η φωτοκαταλυτική αποικοδόμηση λαμβάνει χώρα κυρίως μέσω ελευθέρων ριζών υδροξυλίου. Σχεδόν πλήρης ανοργανοποίηση επιτυγχάνεται μετά το τέλος της φωτοκαταλυτικής διεργασίας για το triclosan, ενώ για το tebuconazole, το άζωτο προσδιορίστηκε στο 80% της θεωρητικά αναμενόμενης ποσότητάς του που απελευθερώνεται στο διάλυμα με τη μορφή ΝΟ3- και ΝΟ2-, γεγονός που υποδηλώνει ότι είτε τα τελικά οργανικά προϊόντα διάσπασης του tebuconazole (αζολικοί δακτύλιοι) απαιτούν μεγάλους χρόνους ακτινοβόλησης για την αποικοδόμησή τους είτε ότι σχηματίζεται ελεύθερο Ν2 μετά τη διάνοιξη του αζολικού δακτυλίου. Τέλος, μετά την ανίχνευση και ποσοτικοποίηση των ενδιαμέσων προϊόντων των αντιδράσεων της φωτοκαταλυτικής διάσπασης των δύο ρύπων προτάθηκαν οι μηχανισμοί αποικοδόμησής τους σε υδατικά συστήματα. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της φωτοκαταλυτικής οξείδωσης των δύο ρύπων-μοντέλων που μελετήθηκαν στην παρούσα διατριβή η εφαρμογή της φωτοκατάλυσης σε ευρύτερη κλίμακα και σε πραγματικά υδατικά απόβλητα και συστήματα επεξεργασίας φυσικών νερών είναι μια γρήγορη και πολύ αποδοτική τεχνολογία επεξεργασίας οργανικών μίκρο-ρύπων. Απαιτείται όμως έλεγχος και βελτιστοποίηση των διαφόρων παραμέτρων που επιδρούν στην απόδοση της διεργασίας και η χρήση ηλιακής ακτινοβολίας, ώστε η εφαρμογής της να είναι πιο εφικτή τόσο από οικονομική όσο και περιβαλλοντική άποψη. Επιπλέον, η δυνατότητα συνδυασμού της μεθόδου αυτής με άλλες μεθόδους επεξεργασίας, βιολογικές ή/και φυσικοχημικές, θα μπορούσε να αποτελέσει μια πιο ολοκληρωμένη και οικονομική λύση σε προβλήματα περιβαλλοντικής ρύπανσης, σύμφωνα με τα σύγχρονα κριτήρια και τις απαιτήσεις. / Human activities (agricultural, industrial, urban, etc.) and wastewater disposal in sewage treatment plants affect surface and ground water bodies such as rivers, lakes, lagoons, sea waters etc., consisting major pollution sources leading to significant negative impacts on ecosystems. The transportation, distribution and elimination of organic micropollutants, such as pesticides, pharmaceutical and personal care products compounds, etc., and their metabolites has been the subject of systematic research in recent decades, arousing a great interest for both the scientific community and modern societies. The lower part of Acheloos River basin, located in Western Greece, and the wastewater treatment plant (WWTP) of Agrinio city, the effluents of which discharge into the river, are selected to be studied in the present thesis in order to monitor the occurrence, patterns and effects of organic micropollutants such as pesticides and pharmaceutical compounds in the sewage-impacted river as well as the removal of such pollutants using conventional (WWTP) and alternative advanced oxidation (photocatalysis) technologies. Acheloos River is one of the most important water resources in Greece with a great environmental significance since it is connected with the lakes Trichonida, Lysimachia and the Messolonghi and Etoliko lagoons. In addition, river's delta is protected by international environmental conventions (Ramsar and Natura 2000). The lower basin Acheloos includes large areas of cultivated land (Agrinio and Neochori-Katochi plains). The aims of the present study were the study of: (a) the occurrence and patterns (temporal and spatial distribution), of selected pesticides, pharmaceutical compounds and personal care products, belonging to different chemical groups in Acheloos River as well as the assessment of the environmental risk associated with their levels in river waters; (b) the occurrence and the removal rates along the secondary and tertiary treatments in the wastewater plant of Agrinio city; (c) the pollution levels from wastewater discharges into Acheloos River; (d) the photolytic and photocatalytic degradation (kinetic studies, degradation mechanisms, by-products formation, mineralization) of selected model compounds (pesticide tebuconazole and antimicrobial triclosan) within the detected micro-pollutants in different water substrates (distilled water and treated wastewater) as an alternative treatment technology for the reduction of pollution levels of the sewage treatment plants. For the achievement of the above aims and objectives two multi-residue methods have been developed and applied for the determination of pesticide and pharmaceutical compounds in water samples sampled from the river and the influent and effluents of WWTP. The analytical method included the isolation of compounds from the water matrices using solid phase extraction and the qualitative and quantitative determination by gas chromatography techniques using selective detectors (FTD) and mass spectrometry. Thirty-two pesticides including metabolites were selected (i.e. alachlor, atrazine, atrazine desethyl, EPTC, s-metolachlor, simazine, trifluralin, azinphos methyl, chlorpyrifos, chlorpyrifos methyl, chlorfenviphos, diazinon, dichlorvos, dimethoate, fenthion, fenthion sulfoxide, malaoxon, methidathion, methyl parathion, cyproconazole, pyrimethanil, triadimefon, pirimiphos methyl, isoproturon, diuron, carbofuran, quinalphos, triazophos, phosalone, pyrazophos, penconazole, tebuconazole) according to previous and current agricultural and urban uses in the basin river. In addition, twelve pharmaceutical compounds and metabolites (i.e. salicylic acid, paracetamol, clofibric acid, ibuprofen, phenazone, gemfibrozil, triclosan, naproxen, diclofenac, carbamazepine, caffeine, fenofibrate) were chosen according to the occurrence and data reported in the open literature for other water bodies in Europe and few studies in Greece. Gas chromatography mass spectrometry (GC-MS) was also used for the detection and the quantification of pharmaceutical compounds. Spatial and temporal variations in pesticide concentrations were monitored during the period March 2005 - February 2008. Sampling period began one year before the restrictions imposed in tobacco cultivation (from 1/1/2006), the main agricultural activity in the area, within the framework of Common Agricultural Policy, and lasted two years after the restriction in order to reveal probable changes in pesticide uses and inputs to the river flow. The most frequently detected pesticides within the monitoring period were diazinon (78.6%) and fenthion (52.6%), from the group of insecticides, DEA (69.3%) and alachlor (50%) from the group of herbicides and pyrimethanil (67.3%) and tebuconazole (44.7%) from the group of fungicides. Statistical analysis of the detected pesticide concentrations showed significantly higher concentrations during the spring and early summer coinciding frequently with the application periods, and an increasing trend along the river flow with the sampling sites located in the river's delta presenting the higher concentration levels. It was also found that mean concentrations of pesticides in years 2006 and 2007 were lower compared with the year 2005 proving that the restrictions of tobacco cultivation and changes in land uses had a significant effect on Acheloos River pesticide pollution levels. This is further confirmed by conducting the risk assessment for each year of the sampling period using the risk quotient method. Six pesticides showed high risk, in 2005 while just one in 2007. The occurrence and the removal of pesticides from the wastewater treatment plant of Agrinio were studied for a period of fourteen months (April 2007-May 2008). The herbicides isoproturon, atrazine and its metabolite DEA, alachlor, the insecticides diazinon, methidathion, chlorfenviphos and chlorpyriphos and the fungicides tebuconazole, cyproconazole were the most frequently detected in influent and effluent samples. Seasonal variations for the majority of pesticides showed that pesticide inputs in wastewater treatment plant from agricultural cultivations in the suburban area and pesticides control in the city, presented higher concentrations during the main period of applications from mid-March to late June. Fungicides belonging to the chemical group of substituted azoles were the exception to the above trend, except triadimefon, and were detected for longer periods during the year because of their uses as preservatives-biocides to surfaces and coatings of buildings. Additionally, the removal rates of pesticides during secondary and tertiary treatment of the WWTP were studied. Mean removal rates (%) after primary and secondary treatment ranged between 31% for pyrimethanil to 97% for dichlorvos. Mean cumulative removals (%) for the whole treatment ranged between 46% pyrimethanil to 93% for triadimefon. Generally, primary treatment in WWTP did not remove significantly pesticides from wastewater, while tertiary treatment was effective for a small number of pesticides. Based on the results of the pesticide occurrence and removal rates, the WWTP of Agrinio city should be considered as a significant point source of pesticides in Acheloos River. The occurrence and the removal of pharmaceuticals along wastewater treatment plant of Agrinio were also studied for the same sampling period (April 2007-May 2008). Most of the analyzed compounds (salicylic acid, clofibric acid, paracetamol, caffeine, gemfibrozil, triclosan, diclofenac and carbamazepine) were detected in 100% of the samples. The observed high detection frequencies were associated either to their frequent consumption (e.g. salicylic acid, clofibric acid, paracetamol, caffeine and gemfibrozil), or low elimination during treatment (e.g. carbamazepine), or both of the above reasons (e.g. triclosan and diclofenac). The highest mean removals after tertiary treatment were measured for naproxen (96.8%), caffeine (96%) and ibuprofen (92.3%), (except phenazone removals were not determined due to the low frequency of detection), while the lowest for carbamazepine (46.3%) and triclosan (63.2%). Between secondary and tertiary treatment mean removal efficiencies ranged from 18.3% for carbamazepine to 67.4% for naproxen. Lower mean removal rates were determined during winter probably due to low temperatures and high rainfall, causing dilution and lower hydraulic residence times in WWTP. Regarding the occurrence of pharmaceutical compounds along the river flow salicylic acid, paracetamol, carbamazepine and caffeine were detected in 100% of samples analyzed, while the highest detected concentration was 350,13 ng/L, recorded for paracetamol. Statistical analysis did not revealed seasonal differences in mean concentrations of pharmaceutical compounds. In contrary, spatial distribution showed statistically significant difference (P <0.050) for the sampling station located afterwards the discharge of WWTP for all studied compounds. Finally, risk assessment was estimated using the risk quotient method for different scenarios: the general (RQm) and extreme (RQex), where median and maximum concentrations were used respectively. The obtained results using both scenarios revealed that only triclosan exhibited high risk while the rest of the compounds presented low or moderate risk. Photolytic and photocatalytic degradation (kinetic studies, degradation mechanisms, by-products formation, mineralization) of the pesticide tebuconazole and the antibacterial compound triclosan were studied in different aqueous matrices (distilled water and treated wastewater) Tebuconazole was chosen due to its wide application in recent years in agricultural and urban uses, low removal efficiency during treatment in WWTP and high persistence in aquatic environment. Although triclosan was not extensively detected, it was selected due to the high risk determined, and because of its chemical structure, which is similar to highly toxic compounds such as polychlorinated furans and dioxins and may be a precursor for the formation of them. Triclosan exhibited also resistance to degradation and causes endocrine disruption in living organisms. Photolysis of tebuconazole was a very low process, thus the environmental significance for the degradation of tebuconazole is considered negligible. On the contrary, significant photolysis rates were determined for triclosan with half lives of about 7 days using mean solar irradiance intensity for Greece. Primary goal of the photocatalytic study was to explore experimental parameters of photocatalytic degradation that affect the rate and efficiency of oxidation reaction (catalyst concentration, initial pollutant concentration, radiation intensity) and to find the optimum conditions for maximum photocatalytic activity, using Central Composite Design (CCD) and response surface methodology. The kinetics of the photocatalytic degradation and the degree of mineralization were studied in different experimental conditions. Photolytic and photocatalytic experiments were performed using SUNTEST XLS+ instrument, from ATLAS, simulating solar radiation. Quantification of tebuconazole and triclosan for the kinetic studies in aquatic solutions was carried out by high performance liquid chromatography (HPLC). Samples taken periodically during photocatalytic process were filtered and analyzed for determining the concentration of the pollutant, the concentration of total organic carbon (TOC) using a TOC instrument, as well as the concentration of inorganic ions resulting from the decomposition of the parent compound using ion chromatography. The determined optimum experimental conditions using CCD and RSm methodologies were Cteb=1 ppm, CTiO2=550 ppm, I=650 W/m2 for tebuconazole and Ctric=1 ppm, CTiO2=550 ppm, I=700 W/m2 for triclosan. Degradation kinetics of both pollutants followed pseudo-first order model. In order to investigate the major reactive species taking part of the photocatalytic degradation mechanism of the selected pollutants, kinetic studies using scavengers were conducted, while by-products were identified by means of gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Kinetic experiments using scavengers showed that the photocatalytic degradation of tebuconazole occurred primarily via hydroxyl radical and to a lesser extent by positive holes. Triclosan photocatalytic degradation took place mainly through hydroxyl radicals. Almost complete mineralization was achieved for triclosan, while for tebuconazole, more than 80% of the theoretically expected amount of nitrogen was determined as NO3- and NO2-, suggesting either that the final organic decomposition products of tebuconazole require longer irradiation times for degradation or that free N2 was formed during degradation of azole rings. Finally, the mechanisms of the photocatalytic degradation of both compounds were proposed based on the detection and semi-quantification of by-products performed by gas chromatography-mass spectrometry. According to the results obtained for the photocatalytic oxidation of the two model-pollutants, photocatalysis could be a very fast and efficient treatment technology for the removal of organic micro-pollutants from real wastewaters and natural waters. However, before implementation it is necessary to control and optimize various parameters that affect the efficiency of process such as the catalyst loading, the intensity of solar radiation etc., in order to be more feasible both economically and environmentally. Moreover, the possibility of combining this method with other conventional biological and/or physicochemical methods of treatment, could result in a more integrated and cost-effective solution for environmental pollution problems in accordance with modern standards and requirements.

Η ΒΥΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. / Η βιολογική απομάκρυνση του αζώτου μέσω της νιτροποίησης και της απονιτροποίησης είναι οι διεργασίες οι οποίες χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία των αστικών και των βιομηχανικών υγρών αποβλήτων καθώς και για την προεπεξεργασία του πόσιμου νερού. Η νιτροποίηση (βιολογική οξείδωση της αμμωνίας) υλοποιείται από δύο διαφορετικές κατηγορίες αυτότροφων βακτηριών. Η πρώτη ομάδα (νιτρωδοποιητές) μετατρέπει την αμμωνία ( + 4 NH ) σε νιτρώδη ( − 2 NO ) και στη συνέχεια η δεύτερη ομάδα, οι νιτρικοποιητές, οξειδώνει περαιτέρω το ενδιάμεσο προϊόν σε νιτρικά. Η απονιτροποίηση είναι η βιολογική διεργασία, η οποία ευθύνεται για την απομάκρυνση του αζώτου με τη μορφή των νιτρικών και/ή νιτρωδών από τα απόβλητα με μετατροπή σε αέριο άζωτο. Τα τελευταία χρόνια, γίνεται σημαντική ερευνητική προσπάθεια για να παρακαμφθεί το στάδιο της νιτρικοποίησης. Είναι επιθυμητό η αμμωνία να οξειδώνεται σε νιτρώδη και μετά απευθείας να λαμβάνει χώρα η απονιτροποίηση, παρά να γίνεται πρώτα η μετατροπή σε νιτρικά στα συστήματα απομάκρυνσης αζώτου. Θεωρητικά εξοικονομείται περίπου 25% σε δέκτη ηλεκτρονίων (οξυγόνο) και 40% σε δότη ηλεκτρονίων, ενώ επίσης ο ρυθμός απονιτροποίησης αυξάνεται κατά 63% με μικρότερη παραγωγή βιομάζας για κάθε μονάδα αζώτου που απομακρύνεται, πράγμα το οποίο είναι πολύ ελκυστικό από οικονομικής πλευράς, καθώς μειώνεται αρκετά το κόστος λειτουργίας της διεργασίας. Η παράκαμψη αυτή συνήθως επιτυγχάνεται ρυθμίζοντας κατάλληλα τη συγκέντρωση του διαλυμένου οξυγόνου, το pH και τη θερμοκρασία. Ο σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν να εξεταστεί το φαινόμενο «υστέρησης» που παρουσιάζουν οι νιτρικοποιητικοί μικροοργανισμοί εξαιτίας της μετάβασης από ανοξικές σε αερόβιες συνθήκες. Επίσης το συγκεκριμένο φαινόμενο μοντελοποιήθηκε για τη διεργασία της νιτροποίησης για (α) ένα αντιδραστήρα συνεχούς λειτουργίας (CSTR) στον οποίο λάμβανε χώρα ανάπτυξη βιομάζας τόσο στον υγρό όγκο όσο και στα τοιχώματα του αντιδραστήρα (προσκολλημένη) και (β) σε αντιδραστήρες διαλείποντος έργου. Με σκοπό να παρακαμφθεί η νιτρικοποίηση χρησιμοποιήθηκε ένας αντιδραστήρας διαλείποντος έργου (SBR) για να προσομοιωθεί η διεργασία της νιτροποίησης λαμβάνοντας υπόψη το φαινόμενο υστέρησης των νιτρικοποιητικών βακτηρίων. Η προσομοίωση αυτή έδειξε ότι είναι δυνατό να παρακαμφθεί η νιτρικοποίηση χρησιμοποιώντας 3 ζεύγη αερόβιας – ανοξικής φάσης, με συνολική διάρκεια κάθε φάσης 4.5 και 5.5 ωρών αντίστοιχα, επιτυγχάνοντας ταυτόχρονα σχεδόν πλήρη απομάκρυνση του αζώτου. Οι μονάδες βιολογικής επεξεργασίας των υγρών αποβλήτων γίνονται συχνά δέκτες αρκετών ξενοβιοτικών ουσιών, τα οποία πρέπει να επεξεργαστούν ταυτόχρονα με τα αστικά απόβλητα προτού εναποτεθούν στους υδάτινους αποδέκτες. Η παρουσία αυτών των ουσιών στις εισροές των βιολογικών καθαρισμών είναι πιθανόν παρεμποδιστικός παράγοντας για ευαίσθητες βιολογικές διεργασίες όπως η νιτροποίηση. Παρεμπόδιση αυτής της διεργασίας, μπορεί κάτω από ανεξέλεγκτες συνθήκες να οδηγήσει σε αποτυχία της βιολογικής απομάκρυνση αζώτου. Στην παρούσα διατριβή εξετάστηκε η τυχόν παρεμπόδιση 12 ξενοβιοτικών ουσιών σε (α) νιτρωδοποιητικά βακτήρια και (β) νιτρικοποιητικά βακτήρια τα οποία είχαν απομονωθεί από την ενεργό ιλύ. Από τα πειράματα αυτά προέκυψαν αξιοσημείωτα φαινόμενα παρεμπόδισης για κάποιες από τις εξεταζόμενες ουσίες. Η συγκεκριμένη παρεμπόδιση μοντελοποιήθηκε χρησιμοποιώντας το μη – ανταγωνιστικό μοντέλο παρεμπόδισης. / In the recent years significant research effort has been spent in bypassing the nitrification process. It is beneficial if ammonium is oxidized to nitrite and is thereafter directly denitrified rather than first being converted to nitrate in biological nitrogen removal systems. the bypass is often accimplished by changing the concentration of the dissolved oxygen, the pH and the temperature. The aim of this work was to examine the \"delay\" effect exhibited by nitrite oxidezers during the transition from anoxic to aerobic conditions. Furthermore, this effect was modeled for the nitrification process that took place in a)a continuously stirred tank reactor (CSTR) and b)in batch reactors. In order to bypass nitrification, a system called Sequencing Batch Reactor (SBR) was used to simulate the nitrification process by taking into account the delay effect of nitrite oxidizers. Sewage Treatment Plants (STPs) are usual receptors of xenobiotic compounds which may inhibit biological processes such as nitrification irrevesibly. This work also examined the possible inhibitory effect of twelve xenobiotic compounds an a)a mixed culture of autotrophic ammonium-oxidizing bacteria and b)nitrite-oxidizing bacteria isolated from activated sludge.

Η οπτική συνεκτική τομογραφία με τη χρήση συχνοτήτων ( FD-OCT) είναι μια ενδαγγειακή απεικονιστική μέθοδος που χρησιμοποιεί εγγύς στο υπέρυθρο φως, για να παράγει υψηλής ανάλυσης εικόνες του τοιχώματος του αυλού του αγγείου. Όπως και στην τεχνολογία υπερήχων, εκπέμπεται φωτεινή ενέργεια η οποία ανακλάται και εξασθενεί, σύμφωνα με την υφή του προσπιπτομένου ιστού. Το OCT μπορεί να απεικονίσει, με ανάλυση από 10 έως 20 μm, μικροδομές του αγγειακού τοιχώματος με εξαίσια λεπτομέρεια. Μέχρι σήμερα, η δυνατότητα εφαρμογής της μεθόδου είχε περιοριστεί σε μικρές αρτηρίες διαμέτρου έως 4mm και δεν είχε εφαρμοστεί in vivo στα αγγεία των κάτω άκρων, κάτωθεν του επιπέδου των βουβώνων. Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι να αναφερθεί για παγκοσμίως πρώτη φορά η ασφάλεια και η σκοπιμότητα της απεικόνισης με Οπτική Συνεκτική Τομογραφία του αρτηριακού άξονα των κάτω άκρων , κάτωθεν του επιπέδου της βουβώνας ( μηροϊγνυακός άξονας και κνημιαία αγγεία), καθώς και οι σχετιζόμενες με το FD-OCT επιπλοκές. Επιπρόσθετα, να διερευνηθούν για πρώτη φορά, με τη χρήση FD-OCT, τα χαρακτηριστικά του αγγειακού τοιχώματος του ανωτέρω άξονα (τόσο πριν όσο και μετά από αγγειοπλαστική ή/και τοποθέτηση stent), η μορφολογία της αθηρωματικής πλάκας, η μορφολογία και η ποσοτικοποίηση της υπερπλασίας του νέου εσωτερικού χιτώνα (neointima) εντός του stent, η επαναστένωση εντός του stent (ISR) και η κακή εναπόθεση (malapposition) των stent struts σε μια σειρά από ασθενείς που πάσχουν από περιφερική αρτηριοπάθεια (PAD). Μελετήθηκαν, με ποσοτική ανάλυση του αυλού τους (Quantitative vascular analysis), αρτηρίες με διάμετρο έως 7 χιλιοστά. Μικτά χαρακτηριστικά από περιοχές πλούσιες σε λιπίδια, εναποθέσεις ασβεστίου και ασβεστοποιημένες πλάκες, νεκρωτικές περιοχές και ίνωση εντοπίστηκαν σε όλες τις απεικονιζόμενες αθηροσκληρωτικές βλάβες. Ωστόσο, με βάση το επικρατέστερο από τα παραπάνω απεικονιστικά χαρακτηριστικά, οι βλάβες στο πλαίσιο της έρευνας ταξινομήθηκαν ως αμιγώς ινωτικές, ως ινοασβεστοποιημένες, ως πλούσιες σε λιπίδια και τέλος ως νεκρωτικές/ασβεστοποιημένες. Συσσώρευση των μακροφάγων εντός της αθηρωματικής πλάκας σημειώθηκε σε μικρό ποσοστό των de novo αθηρωματικών αλλοιώσεων. Ποικίλοι βαθμοί υπερπλασίας του νέου έσω χιτώνα απεικονίσθηκαν σε όλες τις περιπτώσεις ISR αλλοιώσεων, με καθαρά ινωτικά χαρακτηριστικά και σημαντική νεοαγγείωση σε κάποιες από αυτές. Η νεοαγγείωση συνέπεσε με το επίπεδο της μέγιστης στένωσης του αγγειακού αυλού. Σημαντικού βαθμού διαχωρισμός με μεγάλο περιορισμό του αγγειακού αυλού, τέτοιος ώστε να απαιτηθεί να τοποθετηθεί ενδοαυλικό stent, ανιχνεύθηκε σε αρκετές περιπτώσεις της de novo αθηρωμάτωσης. Η ψηφιακή αφαιρετική αγγειογραφία παρέλειψε να προσδιορίσει μεγάλο ποσοστό των σοβαρών διαχωρισμών μετά από αγγειοπλαστική. Η νεοαθηροσκλήρυνση εντός του νέου έσω χιτώνα των κνημιαίων φαρμακευτικών stents (DES), είναι ένα συχνό εύρημα τόσο στους συμπτωματικούς όσο και στους ασυμπτωματικούς ασθενείς. Μπορούμε να υποθέσουμε ότι, κατά αναλογία με τα εμφυτευμένα DES στα στεφανιαία αγγεία, η ελαττωματική ενδοθηλιοποίηση που προκαλείται από την εκλυόμενη φαρμακευτική ουσία, μαζί με την νεοαγγείωση που αναπτύσσεται μεταξύ των stent struts, μπορούν να υποδαυλίσουν την νεοαθηροσκλήρυνση εντός του νέου έσω χιτώνα των κνημιαίων DES, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε επαναστένωση εντός του stent (ISR) και απώλεια του εμβαδού του αυλού των περιφερικών αρτηριών. Οι παρατηρήσεις της μελέτης αυτής θέτουν σε αμφισβήτηση το παραδοσιακό τρόπο κατανόησης της περιφερειακής επαναστένωσης εντός του stent ως μιας απλής υπερπολλαπλασιαστικής απάντησης στο βαρότραυμα. Η απεικόνιση με FD-OCT είναι ένα βέλτιστο πειραματικό εργαλείο για την αξιολόγηση της εξέλιξης της αθηροσκληρωματικής νόσου και την επαναστένωση του αγγείου. Μπορεί να παρέχει υψηλής ευκρίνειας ενδοαγγειακή απεικόνιση κατά τη διάρκεια αγγειοπλαστικών επεμβάσεων στα κάτω άκρα και θα μπορούσε να αποδειχθεί κλινικά χρήσιμο για τον προσδιορισμό της εντός του stent πρόπτωσης ιστού και του strut malapposition. Παρ 'όλα αυτά, δεν πρέπει να χρησιμοποιηθεί ως εργαλείο για τη συνήθη κλινική πρακτική μέχρι να προκύψουν στοιχεία από περαιτέρω κλινικές δοκιμές για τον καθορισμό των ειδικών ενδείξεων της απεικόνισης με FD-OCT στις περιφερικές αρτηρίες. / Optical coherence tomography (OCT) is a catheter-based imaging method that employs near-infrared light to produce high-resolution intravascular images. OCT can readily visualize vessel microstructure at a 10- to 20-μm resolution with exquisite detail. To date, however, applicability of the method has been limited to small diameter arteries (≤4 mm). To the best of the author’s knowledge, this study is the first worldwide that demonstrates the safety and clinical feasibility of frequency domain Optical Coherence Tomography (FD-OCT) imaging of infrainguinal vessels in vivo during infrainguinal angioplasty procedures. It is also the first study that reports the use of intravascular FD-OCT to detect and characterize in-stent neointimal tissue following infrapopliteal drug eluting stent (DES) placement in patients suffering from critical limb ischemia. Quantitative lumen analysis of arteries with diameter up to 7 mm was performed. High-resolution OCT images provided exquisite two-dimensional axial and longitudinal views of the infrainguinal arteries and allowed thorough investigation of a variety of angioplasty sequela, including and not limited to intimal tears and dissection flaps, white and red thrombus, stent mesh malapposition, and intrastent plaque prolapse. Of interest, OCT identified cases of suboptimal postangioplasty outcome that single-plane subtraction angiography did not recognize and accounted. Mixed features of lipid pool areas, calcium deposits and calcified plaques, necrotic areas, and fibrosis were identified in all of the imaged atherosclerotic lesions. However, based on the predominant baseline imaging findings, lesions under investigation were classified as purely fibrotic, fibrocalcific, mostly lipid-laden and necrotic/calcified. Intraplaque accumulation of macrophages was noted in some of de novo atheromatic lesions. Varying degrees of neointimal hyperplasia were demonstrated in all cases of in stent restenosis (ISR) lesions with purely fibrotic features and considerable neovascularization in some of them. The latter finding coincided with the level of maximum vessel stenosis in all cases. Neoatherosclerosis following infrapopliteal DES placement is a frequent finding in both symptomatic and asymptomatic patients. Our preliminary observations allow us to speculate that analogous to coronary implanted DES, defective endothelialization induced by the eluted drug, along with neovascularization developing between the stent struts, may incite neointimal neoatherosclerosis, which may result in ISR and lumen loss of the peripheral arteries. It also seems that infrapopliteal neoatherosclerosis may be a significant contributing factor for ISR rather than a minor and sporadic process, highlighting the clinical significance of the phenomenon. Our observations put in dispute the traditional way of understanding peripheral in-stent restenosis as a simple hyperproliferative response to barotraumas and may explain the paramount importance of aggressive risk factor modification strategies. Neointimal neoatherosclerosis as identified by FD-OCT may have a role in the development of below-the-knee restenosis and thus warrants further investigation by larger controlled studies. Moreover, it may prove clinically useful for the determination of intrastent tissue prolapse and strut malapposition. FD-OCT should not be utilized as a tool for routine clinical practice until evidence from further clinical trials emerge to determine the specific indications for OCT imaging of the peripheral arteries.