Η ρύπανση από τα Υγρά Απόβλητα Ελαιοτριβείων (OMW) αποτελεί περιβαλλοντικό πρόβλημα με ιδιαίτερη σημασία όχι μόνο για την Ελλάδα, αλλά και για όλες τις ελαιοπαραγωγικές χώρες. Η διατάραξη που προκαλούν τα OMW, στα φυσικά οικοσυστήματα, οφείλεται κυρίως στο πολύ υψηλό οργανικό φορτίο που φέρουν, με τιμές του BOD5 να κυμαίνονται στα 20-50 g/l και του COD στα 60-150 g/l. Στην παρούσα εργασία εξετάσθηκε αρχικά, η επίδραση της ενσωμάτωσης στο έδαφος (S) του εξαντλημένου υποστρώματος καλλιέργειας του εδώδιμου μακρομύκητα Pleurotus ostreatus (SMS), το οποίο αποτελείται από άχυρο αποικισμένο από το μυκήλιο του μύκητα, και του άχυρου σιταριού (WHS), στην αποδόμηση των OMW μετά την εφαρμογή τους στο μίγμα. Η ανάμιξη με έδαφος έγινε σε συγκεντρώσεις 0, 10, 50 g SMS και WHS αντίστοιχα, ανά 500 g αμμοπηλώδους S. Στη συνέχεια τα μίγματα S + SMS και S + WHS ποτίστηκαν με OMW, σε ποσότητα ίση με το 60% ή το 100% της υδατοϊκανότητας του εδάφους, και επωάστηκαν για 40 ημέρες. Στο υδατικό εκχύλισμα των μιγμάτων πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις Ολικών Φαινολικών, Αποχρωματισμού, και του Δείκτη Βλαστικότητας (GI) σπερμάτων κάρδαμου, μετά την παρέλευση χρόνου T=0, 20, 40 ημέρες από την εφαρμογή των OMW στα μίγματα. Παρατηρήθηκε ότι στο χρόνο Τ=0 ημέρες (άμεση εκχύλιση φαινολικών μετά την εφαρμογή OMW) δεν υπήρξαν σημαντικές διαφοροποιήσεις της τιμής των Ολικών Φαινολικών και για τα δύο επίπεδα εφαρμογής OMW (60% και 100% της υδατοϊκανότητας του εδάφους), με εξαίρεση μια ελαφρά μείωση των επανακτούμενων φαινολικών στη μεγάλη δόση εφαρμογής του SMS (S + SMS 50). Στο χρόνο T=20 ημέρες η μεγάλη δόση εφαρμογής WHS (S + WHS 50) έδωσε τις μικρότερες τιμές επανακτούμενων φαινολικών (μικρότερες κατά 75% τουλάχιστον σε σύγκριση με το μάρτυρα S και στις δύο δόσεις εφαρμογής των OMW). Τέλος στο χρόνο T=40 ημέρες, όλες οι επεμβάσεις παρουσίαζαν μειωμένη επανάκτηση φαινολικών σε σύγκριση με το μάρτυρα (S) με την εφαρμογή WHS να δίνει τις μεγαλύτερες μειώσεις για την χαμηλή εφαρμογή OMW (60%) αλλά να μη διαφοροποιείται του SMS στη υψηλή δόση εφαρμογής (100%). Aποχρωματισμός των υδατικών εκχυλισμάτων δεν παρατηρήθηκε στα μίγματα S + SMS και S + WHS σε σχέση με το S. Παρατηρήθηκε μόνο μια ελαφρά μείωση (10-20%) αμέσως μετά την εφαρμογή OMW (T=0) στις επεμβάσεις με WHS. Οι δύο δόσεις εφαρμογής SMS και η μικρή δόση εφαρμογής WHS εμφάνισαν Δείκτη Βλαστικότητας υψηλότερο και από το μαρτύρα (S) στο χρόνο Τ=40, όχι όμως και η μεγάλη δόση WHS. Επίσης στην παρούσα εργασία εξετάστηκε η συμβολή της φυσικής μικροβιακής χλωρίδας του εδάφους και των OMW, στην αποδόμηση των OMW μετά την εφαρμογή τους στο έδαφος. Το έδαφος αποστειρώθηκε θερμικά, ενώ τα OMW αποστειρώθηκαν με τη χρήση φίλτρων Nalgene 0,2μm. Η δοκιμή περιλάμβανε επεμβάσεις με αποστειρωμένο έδαφος και αποστειρωμένο OMW (AS - AOMW), αποστειρωμένο S και μη αποστειρωμένο OMW (AS - OMW), μη αποστειρωμένο S και αποστειρωμένο OMW (S - AOMW) και μη αποστειρωμένο S και OMW (S - OMW). Πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις των Ολικών Φαινολικών στους χρόνους Τ=0, Τ=3, Τ=30 ημέρες, και της Αναπνευστικής Δραστηριότητας (CO2-C) στους χρόνους Τ= 1, 3, 6, 12, 30 ημέρες από την προσθήκη των OMW στο έδαφος. Παρατηρήθηκε ελαχιστοποίηση της επανάκτησης φαινολικών από το έδαφος από το χρόνο Τ=3 ημέρες και μετά. Η εφαρμογή μη αποστειρωμένων OMW αποκατέστησε κατά το 1/3 την αναπνευστική δραστηριότητα του αποστειρωμένου εδάφους. Η αναπνευστική δραστηριότητα ήταν μεγαλύτερη στις επεμβάσεις όπου δεν αποστειρώθηκε το έδαφος και/ η τα OMW, και δεν συσχετίστηκε με μεγαλύτερη μείωση των φαινολικών, οδηγώντας στο συμπέρασμα ότι η βιολογική αποικοδόμηση έχει δευτερεύοντα ρόλο στη μείωση των φαινολικών των OMW στο έδαφος. Τέλος στα μίγματα S+SMS και S+WHS όπου εφαρμόστηκαν τα OMW παρατηρήθηκε επιφανειακή ανάπτυξη αποικιών μυκήτων. Πραγματοποιήθηκε απομόνωση τους σε καθαρές καλλιέργειες και διερευνήθηκε η ικανότητα τους να αποδομούν τα OMW. Αρχικά αξιολογήθηκε η μυκηλιακή αύξηση τους σε τριβλία Petri που περιείχαν ως υπόστρωμα αποστειρωμένα OMW. Στη συνέχεια εξετάστηκαν 19 επιλεγμένα στελέχη μυκήτων ως προς την ικανότητα τους να αποδομούν αποστειρωμένα OMW σε υγρές καλλιέργειες. Μετά από επώαση για τριάντα ημέρες σε ελεγχόμενες συνθήκες 25° C, παρατηρήθηκε μείωση των ολικών φαινολικών των υγρών καλλιεργειών στις καλλιέργειες των στελεχών 5.1, 4.15 και 3.5 όπου πέτυχαν να μειώσουν τα ολικά φαινολικά κατά 12,84, 10,06, και 13,3% αντίστοιχα σε σχέση με αυτά του μάρτυρα (καθαρό OMW 100 %). Σημαντική μείωση του χρώματος του OMW δεν επιτευχθεί από κανένα στέλεχος. Το 4.22 πέτυχε οριακά να αποχρωματίσει κατά 9,63 % το OMW. Ενδιαφέρον παρουσίασε η ικανότητα σημαντικής μείωσης της Φυτοτοξικότητας από το στέλεχος 5.2 (κατά 59%) χωρίς παράλληλα να επιτύχει αντίστοιχη μείωση των Ολικών Φαινολικών. / Pollution caused by Olive Mill Wastewaters (OMW) constitutes an environmental problem of particular importance not only for Greece, but also for all other olive-oil production countries. The perturbation that OMW cause in the natural ecosystems is mainly due to their very high organic charge (BOD5 20-50 g/l and COD in 60-150 g/l). In the present work, the effect of incorporation in soil of wheat straw (WHS) and exhausted Pleurotus ostreatus cultivation substrate (straw colonized by the mycelium of mushroom, SMS), was examined as a means to improve the decomposition of OMW after their application in the soil (S). WHS and SMS were mixed with soil at concentrations of 0, 10, and 50 g per 500 g of soil. Then the mixes were irrigated with two doses of OMW at 60% and 100% of soil water holding capacity respectively and were subsequently incubated for 40 days. In the water extract of mixes the following measurements were performed: Total phenolics, decoloration and germination index (GI) determinations using seeds of cardamon at T= 0, 20 and 40 days from the application of OMW in the mixes. At T=0 recovery of phenolics was already small and similar for all treatments with a trend for greater reduction in the high application level of SMS. After 20 days (T=20) the high level of WHS application resulted in the smaller values of recovered phenolics (about 75% of the control S, in both doses of OMW). Finally after 40 days, all the treatments presented decreased recovery of phenolics compared to the control (S). At that time the application of WHS gave the smallest recovery for the small dose of OMW (60%) but did not differ from the SMS application in the high OMW dose (100%). Decoloration of OMW was not observed in any mixes with SMS or WHS The two levels of SMS application and the small level of WHS application presented igermination indexes higher than the control (S) at time T=40, but the high level of WHS did not. The contribution of the microbial flora of soil and OMW, in the degradation of OMW following their application in the soil was also tested. The soil was autoclaved twice whereas the OMW was sterilized by the use of filters (Nalgene 0,2mm). The trial included treatments with (a) sterilized soil and sterilized OMW (AS - AOMW), (b) sterilized S and not sterilized OMW (AS - OMW), (c) not sterilized S and sterilized OMW (S – AOMW) and (d) not sterilized S and OMW (S - OMW). Measurements of total phenolics at times T=0, T=3, T=30 and of respiratory activity (CO2-C) at times T = 1, 3, 6, 12, 30 days after the addition of OMW in the soil were performed. Minimisation of recovered phenolics from the soil was observed from time T = 3 days and afterwards in the treatments. The application of non-sterilized OMW in sterilized soil restored about 1/3 of the respiratory activity of the non-steilized control treatment. The respiratory activity was greater in the opposite treatment where sterilized OMW was applied in non-sterilized soil but was not connected to greater reduction of total phenolics, leading to the conclusion that the biological degradation has a secondary role in the reduction of OMW phenolics, in soil. In the mixes of soil with SMS and WHS surface fungal growth was observed following the application of OMW. They were isolated in pure cultures and their ability to degrade OMW was investigated. Initially their mycelial growth in Petri dishes that contained solidified sterilized OMW was tested. Based on this screening 19 fungal strains were selected and tested for their ability to degradate sterilized OMW in liquid cultures. After incubation for 30 days at 25° C reduction of total phenolics was observed in the cultures of three strains (5.1, 4.15 and 3.5), that decreased total phenolics by 12,84, 10,06, and 13,3% respectively compared to the control (non-inoculated OMW). Significant reduction of OMW colour was not achieved by any strain, (4.22 achieved marginal decolorisation by 9,63% compared to control). Interestingly significant reduction of phytotoxicity was observed for strain 5.2 (reaching 59%) without a parallel reduction in total phenolics.

Τα υγρά παραπροϊόντα των ελαιοτριβείων (Olive Mill Wastewater, OMW) ή αλλιώς ο κατσίγαρος αποτελούν το κύριο παραπροϊόν της παραγωγικής διαδικασίας του ελαιόλαδου. Αποτελούν έναν από τους σημαντικότερους παράγοντες περιβαλλοντικής ρύπανσης, όπου οι τεράστιες επιπτώσεις τους οφείλονται κυρίως στα φυσικοχημικά τους χαρακτηριστικά. Αν και η απόρριψη ή η ενσωμάτωση των υγρών παραπροϊόντων στο έδαφος αποτελεί μια εναλλακτική μέθοδο επεξεργασίας και αξιοποίησης τους, εντούτοις οι αντιμικροβιακές και φυτοτοξικές ιδιότητες τους δυσχεραίνουν την υλοποίηση της. Παράλληλα όμως η εκμετάλλευση ορισμένων ιδιοτήτων τους συντελεί στη διερεύνηση πρωτότυπων, εναλλακτικών και οικολογικών τρόπων καταπολέμησης διαφόρων φυτοπαθογόνων μικροοργανισμών. Σύμφωνα με την πλειονότητα των βιβλιογραφικών αναφορών τα παραπροϊόντα αυτά είναι πλούσια σε οργανικά και ανόργανα συστατικά ενώ η βασική αιτία της τοξικής τους δράσης είναι η μεγάλη περιεκτικότητα τους σε φαινολικές ενώσεις. Στην παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή έγινε προσπάθεια εκτίμησης της δράσης τους ενάντια στο φυτοπαθογόνο μύκητα Sphaerotheca fusca με απώτερο σκοπό να διερευνηθεί η όποια φυτοπροστατευτική τους δράση σε φυτά αγγουριού και η συγκέντρωση η οποία θα παρουσίαζε τη μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα χωρίς ταυτόχρονα να προκαλεί φυτοτοξικές αντιδράσεις. Συγκεκριμένα πραγματοποιήθηκε μια σειρά in vitro βιοδοκιμών για τον έλεγχο της φυτοτοξικότητας των υγρών παραπροϊόντων στη βλάστηση σπερμάτων αγγουριού και της εξέλιξης της βλάστησης των κονιδίων του μύκητα, ενώ παράλληλα διεξήχθησαν in vivo και in planta πειράματα για τη μελέτη της εκλεκτικότητας των διαφόρων συγκεντρώσεων των παραπροϊόντων και της ελάχιστης αποτελεσματικής δόσης τους υπό συνθήκες αγρού. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα του ελέγχου φυτοτοξικότητας, τα υγρά παραπροϊόντα των ελαιοτριβείων παρουσίασαν έντονη φυτοτοξικότητα ως πυκνό διάλυμα, ενώ η δράση τους περιορίστηκε κυρίως στην επιμήκυνση και τη ζωτικότητα του ριζιδίου. Συγχρόνως προκάλεσαν μια καθυστέρηση τεσσάρων περίπου ημερών στη βλάστηση των σπερμάτων ενώ όσον αφορά τις διάφορες αραιώσεις που δοκιμάστηκαν, διαπιστώθηκε ότι δεν είχαν καμία φυτοτοξική επίδραση ή αντιθέτως η επίδραση τους υπήρξε θετική, προάγοντας την επιμήκυνση του ριζιδίου. Μικροσκοπικές παρατηρήσεις έδειξαν ότι το πυκνό διάλυμα των υγρών παραπροϊόντων παρεμπόδισε την ανάπτυξη του μύκητα για μια περίοδο περίπου μιας εβδομάδας, όταν εφαρμόστηκε μια μέρα πριν την τεχνητή μόλυνση και κάτω από συνθήκες υψηλής πίεσης μολύσματος. Η μείωση του ποσοστού των βλαστημένων κονιδίων και της ανάπτυξης των πρωτογενών και δευτερογενών υφών των κονιδίων και του μυκηλίου αποτελούν προκαταρτικές αποδείξεις της μυκητοστατικής δράσης των υγρών παραπροϊόντων. Τα αποτελέσματα των in vivo και in planta πειραμάτων, τα οποία συνάδουν με αυτά των in vitro βιοδοκιμών που αφορούν την εξέλιξη της βλάστησης των κονιδίων του μύκητα, έδειξαν ότι η προληπτική εφαρμογή των υγρών παραπροϊόντων προκάλεσε την μείωση στην ένταση της ασθένειας όπως επίσης την καθυστέρηση στην έναρξη της, εμφανίζοντας είτε άμεση δράση στα κονίδια του μύκητα είτε έμμεση μέσω του ξενιστή ενεργοποιώντας μηχανισμούς ανοχής των φυτών σε παθογόνα. Συγκρίνοντας τη δράση τους με αυτή του μάρτυρα, αποδείχθηκε ότι η εφαρμογή τους δεν είχε καμία επίδραση στο ρυθμό ανάπτυξης της ασθένειας. Μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα εμφάνισε το πυκνό διάλυμα των υγρών παραπροϊόντων και ειδικότερα μετά από την εφαρμογή εβδομαδιαίων επεμβάσεων. Αξίζει να σημειωθεί ότι η δράση του, κάτω από συνθήκες μειωμένης έντασης μολύσματος, ήταν παρόμοια με αυτήν του θειούχου μυκητοκτόνου Thiovit®. Στα πλαίσια λοιπόν της συγκεκριμένης μεταπτυχιακής διατριβής αποδεικνύεται η προστατευτική δράση των υγρών παραπροϊόντων σε φυτά αγγουριού έναντι του μύκητα Sphaerotheca fusca, η οποία μάλιστα συνοδεύεται από μη φυτοτοξικές επιδράσεις στα υπέργεια όργανα των φυτών. Παρ’όλα αυτά για τη διερεύνηση του ακριβή μηχανισμού ή μηχανισμών δράσης των υγρών παραπροϊόντων, όπως επίσης την εξακρίβωση της εμπλοκής και του ρόλου των φαινολικών ουσιών στη δράση τους, κρίνεται αναγκαία περαιτέρω έρευνα / Olive mill wastewaters (OMW) are the main by-products of olive oil production. Due to their physicochemical characteristics, these wastes constitute one of the major environmental problems. The disposal and the application of OMW to the soil is an alternative method of waste process and utilization. The phytotoxic and antimicrobial properties of OMW, however, prevent the implementation of this method. At the same time, some of the OMW properties contribute to the development of novel and alternative disease-control strategies, with an ecological basis. According to the scientific literature, these wastes contain organic, inorganic and toxic compounds, such as phenolics. The current study aims at the evaluation of olive OMW antifungal activity against Sphaerotheca fusca. The overarching purpose is to investigate the efficacy of OMW in protecting cucumber against powdery mildew, in relation to their concentration and phytotoxicity. Particularly, in vitro bioassays were carried out in order to examine OMW phytotoxicity on cucumber seed germination and their effect on germination progress of S. fusca conidia. In vivo and in planta testings were carried out both to investigate the selectivity of OMW concentrations, and the minimal effective dose in field conditions. OMW showed strong phytotoxicity as undiluted solution. Their activity was restricted to the elongation and growth of the root. OMW caused delay in seed germination by four days, whereas no phytotoxicity reaction occurred at any of the dilutions. In contrast, their activity in a certain dilution was positive, inducing root elongation. Microscopic observations showed that pretreatment of cucumber plants with undiluted OMW, followed by artificial inoculation and under low levels of inoculums, inhibited fungal growth for a week. Both the reduction in conidial germinated rate and the reduction in primary, secondary hyphae and mycelium growth, constitute preliminary evidence of OMW fungistatic activity. The results of in vivo and in planta treatments, which are in accordance with these microscopic observations, indicate that a prophylactic application of OMW reduced the disease severity and caused a delay in disease onset. OMW exerted either a direct effect on the fungal conidia, or acted indirectly, by activating mechanisms of plant tolerance. Despite the delay in disease onset, the rate of disease development was similar compared to the control. OMW were more effective when applied without any prior dilution and especially after a 7-day interval between applications. It is noteworthy that OMW were nearly as effective as sulphur (Thiovit®), under low levels of inoculums. The current study has demonstrated the protective action of OMW against cucumber powdery mildew (Sphaerotheca fusca), followed by the lack of phytotoxic effects on upper plant organs. Further research would be useful to identify the exact mechanism(s) of OMW activity, as well as the role of phenolic compounds in the process.

Οι Μεσογειακές χώρες ετησίως, κατά την παραγωγή του ελαιολάδου, έρχονται αντιμέτωπες με τη διαχείριση των υγρών αποβλήτων των ελαιοτριβείων, τα οποία περιέχουν μεγάλες ποσότητες οργανικών ουσιών και αιωρούμενων στερεών, προερχόμενα από τον καρπό και το χρησιμοποιούμενο νερό κατά τη μεταποιητική διαδικασία. Η απόρριψή τους στο περιβάλλον ρυπαίνει υδροφόρους ορίζοντες και επιφανειακά ύδατα, υποβαθμίζει το έδαφος, προκαλεί τοξικότητα και δυσάρεστη οσμή. Πλήθος φυσικοχημικών, αλλά και βιολογικών μεθόδων έχουν δοκιμασθεί στην προσπάθεια εξάλειψης των δυσμενών τους χαρακτηριστικών, χωρίς να έχουν δώσει σε ευρεία κλίμακα λύση, προσκρούοντας κυρίως σε προβλήματα κόστους εγκατάστασης και λειτουργίας καθώς και στη διακύμανση της σύστασης τους. Στόχος της παρούσας έρευνας είναι η μελέτη της συμπεριφοράς των υγρών ελαιουργικών λυμάτων κατά τη διοχέτευση τους σε μονάδα επεξεργασίας αστικών λυμάτων, ώστε να είναι δυνατή η συνεπεξεργασία των δύο αυτών διαφορετικών ειδών λυμάτων και να διερευνηθεί η δυνατότητα χρήσης ενός αντιδραστήρα ενεργού ιλύος με προσροφητικό υλικό, PVA-gels Biocarriers. Δημιουργήθηκαν 6 αντιδραστήρες με συγκεκριμένες αραιώσεις κατσίγαρου προς αστικά λύματα, σε συγκεντρώσεις ½, 1/10 και 1/100. Στο υπερκείμενο των συνθετικών λυμάτων πραγματοποιούνταν μετρήσεις των φυσικοχημικών χαρακτηριστικών του ανεπεξέργαστου και επεξεργασμένου συνθετικού λύματος περιοδικά έως το τέλος της πειραματικής διαδικασίας (16/1/2011). Επίσης εξετάστηκε η μικροβιακή χλωρίδα του επεξεργασμένου συνθετικού λύματος και η αποκατάστασή της. Παρατηρήθηκε ότι όλα τα συστήματα επεξεργάζονταν ικανοποιητικά απόβλητα που περιείχαν ελαιουργικά λύματα σε αναλογία 1/100 κατ’ όγκο, ότι η μικροβιακή τους χλωρίδα αποκαθίσταται, και θα μπορούσαν να διατεθούν σε φυσικό αποδέκτη, ικανοποιώντας τα περισσότερα κριτήρια της οδηγίας 91/271/ΕΕC. Στα συστήματα με αναλογία ½ και 1/10 κατ’ όγκο, παρατηρήθηκε αξιόλογη επεξεργασία σε κάποιες παραμέτρους αλλά και πάλι ήταν υψηλότερη από τα όρια διάθεσης. Τέλος, δεν παρατηρήθηκε κάποια αξιόλογη διαφοροποίηση μεταξύ των δύο συστημάτων ενεργού ιλύος με και χωρίς Biocarriers, τουλάχιστον για αυτό το πρώτο στάδιο εισαγωγής των Biocarriers. / Every year Mediterranean countries face the same problem of the olive oil mill wastewater management. This type of wastewater contains high concentration of organic loads and particulate suspended matter originating from the olives and the production water. Dumping this kind of wastewater untreated to the environment pollutes both surface and groundwater, degrades the soil quality and creates toxic environments and unpleasant odors. Several physicochemical as well as biological methods have been tested unsuccessfully due to the construction and operational costs as well as the variability of the wastewater characteristics. The goal of the present research is to study the behavior of the olive oil mill wastewater while it is introduced in a municipal wastewater treatment plant. The use of PVA-gels as Biocarriers in such a system is also tested. Six bioreactors were used with constant ratios of olive oil mill wastewater to municipal wastewater equal to ½, 1/10, and 1/100. The physicochemical parameters of the supernatant were measured periodically till the end of the experiment (16/1/2011). In addition the microbial communities of the different reactors were monitored especially after the return to the normal operation with municipal wastewater. Both systems treat the olive oil mill wastewater mixed with municipal wastewater in a ratio of 1/100 satisfactorily with outflow that could be discarded to natural receiver being close to the requirements set by the European directive 91/271/ΕΕC. Also, after the return to the normal operation with municipal wastewater the microbial community was easily restored. In systems with such ratios equal to ½ and 1/10, the treatment is effective but the outflow is high over the limits set for municipal wastewater treatment plants. Finally, no significant deviation was observed for activated sludge systems with and without Biocarriers for this initial stage of Biocarriers introduction.

Τα απόβλητα των ελαιοτριβείων αποτελούν ένα από τα σημαντικότερα περιβαλλοντικά προβλήματα της Μεσογείου, λόγω της άκριτης διάθεσης τους. Είναι χαρακτηριστικό ότι, περίπου το 95% της παγκόσμιας παραγωγής ελαιόλαδου παράγεται από μικρές, οικογενειακές επιχειρήσεις Μεσογειακών χωρών. Στόχος της παρούσας διατριβής ήταν η βιοτεχνολογική αξιοποίηση των αποβλήτων των ελαιοτριβείων για την αναερόβια παραγωγή υδρογόνου. Ειδικότερα, μελετήθηκε η δυνατότητα παραγωγής υδρογόνου σε μεσόφιλες συνθήκες από το ημι-στερεό υπόλειμμα διφασικών ελαιοτριβείων (ελαιοπολτός ή olive pulp) και από τα υγρά απόβλητα τριφασικών ελαιοτριβείων (OMW) με χρήση μικτής αναερόβιας καλλιέργειας μικροοργανισμών. Τα απόβλητα αραιώθηκαν με νερό βρύσης σε αναλογία όγκων 1:4 αντίστοιχα, ώστε να καταστεί δυνατή η βιολογική επεξεργασία τους. Πειράματα σε αντιδραστήρες τύπου CSTR κατέδειξαν ότι, η συνεχής μεσόφιλη αναερόβια παραγωγή υδρογόνου είναι εφικτή τόσο από αραιωμένο ελαιοπολτό (1:4) όσο και από αραιωμένο απόβλητο OMW (1:4). Η απόδοση της συνεχούς διεργασίας σε υδρογόνο από αραιωμένο ελαιοπολτό (1:4) προσδιορίστηκε μικρότερη από τη μέγιστη θεωρητική απόδοση (4 mol H2/mol γλυκόζης που καταναλώθηκε) πιθανότατα λόγω της αρνητικής επίδρασης της μερικής πίεσης του υδρογόνου. Στα πλαίσια αξιοποίησης των πειραματικών αποτελεσμάτων της παρούσας διατριβής το μαθηματικό μοντέλο αναερόβιας χώνευσης ADM1 τροποποιήθηκε κατάλληλα, ώστε να καταστεί δυνατή η περιγραφή της αναερόβιας παραγωγής υδρογόνου. Αρχικά, όλες οι κρίσιμες παράμετροι του μοντέλου προσδιορίστηκαν από τα πειραματικά δεδομένα της συνεχούς αναερόβιας παραγωγής υδρογόνου από αραιωμένο ελαιοπολτό (1:4), ενώ πειράματα διαλείποντος έργου πραγματοποιήθηκαν για την επαλήθευσή τους. Προκειμένου να εξεταστεί η εγκυρότητα του τροποποιημένου μοντέλου και η δυνατότητα αξιόπιστης περιγραφής της αναερόβιας παραγωγής υδρογόνου από απόβλητα ελαιοτριβείων, το μοντέλο χρησιμοποιήθηκε για την περιγραφή της αναερόβιας επεξεργασίας του αραιωμένου αποβλήτου OMW (1:4) με στόχο την παραγωγή υδρογόνου. Στη συνέχεια, αναπτύχθηκαν και εφαρμόστηκαν μέθοδοι προεπεξεργασίας του αραιωμένου ελαιοπολτού (1:4) (φυσικοχημικές μέθοδοι και ενζυμική υδρόλυση) με κύριο στόχο την αύξηση της συγκέντρωσης των διαλυτών υδατανθράκων του, ενώ στις περιπτώσεις που αυτό επιτεύχθηκε, διερευνήθηκε η επίδραση τους στην απόδοση της διεργασίας σε υδρογόνο. Η προσπάθεια αυτή βασίστηκε στο συμπέρασμα που προέκυψε από πειράματα διαλείποντος έργου, σύμφωνα με τα οποία, οι αδιάλυτοι υδατάνθρακες συνεισέφεραν ελάχιστα στην αναερόβια παραγωγή υδρογόνου με την εκατοστιαία κατά βάρος περιεκτικότητα τους να αντιστοιχεί περίπου στο 50% της περιεκτικότητας του αποβλήτου σε ολικούς υδατάνθρακες. Μεταξύ των φυσικοχημικών μεθόδων που εφαρμόστηκαν (προσθήκη αλκαλικού μέσου, οζονισμός, επεξεργασία με ατμό) ως βέλτιστη μέθοδος επιλέχθηκε η επεξεργασία με ατμό (1 bar, 121oC) για 60 min, καθώς οδήγησε στο μεγαλύτερο ποσοστό αύξησης των διαλυτών υδατανθράκων (περίπου 26% επί της αρχικής τους συγκέντρωσης), με το μικρότερο δυνατό οικονομικό κόστος, αυξάνοντας την απόδοση της διεργασίας σε υδρογόνο περίπου κατά 45% (εκφρασμένη ως mL Η2/g διαλυτών υδατανθράκων που καταναλώθηκαν). Τα εμπορικά διαλύματα ενζύμων Celluclast 1.5L (διάλυμα ενδο-β-γλυκανάσης) και Novozyme 188 (διάλυμα β-γλυκοσιδάσης) χρησιμοποιήθηκαν για την ενζυμική υδρόλυση του αραιωμένου ελαιοπολτού (1:4). Συμπερασματικά, πειράματα διαλείποντος έργου κατέδειξαν ότι, η απόδοση της αναερόβιας διεργασίας παραγωγής υδρογόνου από αραιωμένο ελαιοπολτό (1:4) καθίσταται βέλτιστη με την προσθήκη μόνο Celluclast 1.5L σε συγκέντρωση 50 FPU/g αδιάλυτων υδατανθράκων υποστρώματος και σε αναλογία όγκων υποστρώματος/μαγιάς μικροοργανισμών (S/X) ίση με 1 σε διεργασία ενός σταδίου. Τέλος, μελετήθηκε η επίδραση της προσθήκης του ενζύμου Celluclast 1.5L στην απόδοση της συνεχούς διεργασίας παραγωγής υδρογόνου από αραιωμένο ελαιοπολτό (1:4) στον αντιδραστήρα τύπου CSTR. / Olive mill wastes constitute one of the most important environmental problems of Mediterranean region, because of their thoughtless disposal. It is characteristic that, approximately 95% world’s olive oil production is derived from small, familiar enterprises which are mainly located in Mediterranean countries. The biotechnological exploitation of olive mill wastes for anaerobic hydrogen production was the aim of this thesis. In details, the possibility of hydrogen production from semi-solid residue derived from two-phase centrifugation process (olive pulp) and olive mill wastewater derived from three-phase centrifugation process (OMW) was examined with mixed anaerobic cultures under mesophilic conditions. The wastes were previously diluted with tap water (1:4), in order to be susceptible for biological treatment. Various experiments in CSTR type reactors showed that, the continuous mesophilic anaerobic hydrogen production is feasible from diluted olive pulp (1:4) and diluted OMW (1:4) as well. The potential of hydrogen production from diluted olive pulp (1:4) was lower than the maximum theoretical potential (4 mol H2/mol consumed glucose) probably due to the negative effect of partial pressure of hydrogen. The anaerobic digestion model No 1 (ADM1) was properly modified in order to describe the anaerobic hydrogen production. All the model’s critical parameters were determined by fitting the experimental data of continuous anaerobic hydrogen production from diluted olive pulp (1:4), while batch experiments were conducted for their verification. In order to examine the validity and the reliability of the modified model for the description of anaerobic hydrogen production from various types of olive mill wastes, it was also tested in the case of diluted ΟMW (1:4) anaerobic treatment. Pretreatment methods of diluted olive pulp (1:4) were developed and evaluated (physicochemical methods and enzyme hydrolysis) targeting to the increase of soluble carbohydrates available concentration, while in the cases where this was achieved the effect on hydrogen potential was investigated. This attempt was based on the conclusion derived from batch experiments, indicated that, the non-soluble carbohydrates contribute to anaerobic hydrogen production only to a very small extent, with their concentration correspond approximately to 50% of waste content in total carbohydrates. Among the physicochemical methods that were applied (addition of alkaline solution, ozonation, treatment with steam), the treatment with steam (1 bar, 121oC) for 60 min was selected as the optimum method, because the achieved increase in soluble carbohydrates concentration was the highest (about 26%) with the least economic cost. The potential of anaerobic hydrogen production was increased approximately 45% (expressed as mL H2/g soluble carbohydrates consumed). Two commercial enzyme solutions, Celluclast 1.5L (endo-β-glucanase) and Novozyme 188 (β-glucosidase), were used for the enzymatic hydrolysis of diluted olive pulp (1:4). Conclusively, the potential of anaerobic hydrogen production from diluted olive pulp (1:4) was optimum with the addition of Celluclast 1.5L (50 FPU/g non soluble carbohydrates from substrate) and substrate/mixed culture volume ratio (S/X) equal to 1 in one stage process (Simultaneous Saccharification and Fermentation, SSF) Finally, enzyme (Celluclast 1.5L) was added into the CSTR-type reactor in order to determine the effect in the potential of anaerobic hydrogen production from diluted olive pulp (1:4).

The olive oil extraction industry represents a substantial share of the economies of Mediterranean countries but leads to serious environmental problems by producing huge amounts of wastes (by-products) within a short production period. The production rate of olive oil is about 1.4-1.8 million tonnes per year in the Mediterranean, resulting in 30 million m3 of by-products and 20 million tonnes of olive pomace. A small portion of these wastes can be used as raw materials in different industries as they contain valuable natural resources. Greece has about 2300 small-scale, rural, agro-industrial units that extract olive oil. These are generally three-phase systems and their by-products include olive mill residual solids (olive pomace and leaves) and olive mill waste water. Olive mills produce significant quantities of solid wastes with outputs of 0.35 tonnes of olive pomace and 0.05 tonnes of leaves per tonne of olives. The huge quantities of olive pomace and olive leaves produced within the short oil extraction season cause serious management problems in terms of volume and space. The solid wastes (olive pomace and olive leaves) that are produced contain almost 95% organic matter and although they could be highly beneficial to agricultural soils, it has been shown that they also contain toxic compounds and lipid which increase soil hydrophobicity and decrease water retention and infiltration rate. The soils of most Mediterranean countries have low organic matter contents (<1%) which has negative impacts on agriculture. Frequent application of composted organic residues increases soil fertility, mainly by improving aggregate stability and decreasing soil bulk density. Organic amendments play a positive role in climate change abatement by soil carbon sequestration. Recurrent use of composted materials enhances soil organic nitrogen content by up to 90%. To replenish soil organic matter content and promote eco-friendly crop production, the application of olive pomace compost could be a good solution. To examine olive mill solid waste composting, four pilot-scale experiments were carried out to produce good quality compost using three phase olive mill solid waste (olive pomace, OP) and different bulking agents such as rice husk (RH), olive leaves (OL) sawdust (SD), wood shavings (WS), and chromium treated reed plants (RP). A series of parallel experiments was carried out to examine the effect final compost quality of: (a) initial moisture content, (b) water addition during the composting process, and (c) material ratios, and to also determine the toxicity level in plants and human blood lymphocytes (genotoxicity and cytotoxicity). For each experiment, six trapezoidal bins were used with dimensions 1.26 m long, 0.68 m wide and 0.73 m deep, and a total volume of 0.62 m3. The study was carried out in the facilities of the Department of Environmental and Natural Resources Management, University of Patras, Agrinio, in a closed area to maintain controlled temperature conditions. To monitor the composting process and evaluate compost quality, physicochemical parameters (temperature, moisture content, pH, electrical conductivity, organic matter, volatile solids, total organic carbon, total nitrogen, total phosphorus, potassium, sodium, and water soluble phenols) were measured at different phases. The respirometric test (O2 uptake) was performed to determine compost stability. Experimental results showed that even after short composting periods, the quality of the final product remained high. The final product had excellent physicochemical characteristics (C/N: 12.1–17.5, germination index (GI): 88.32–164.43%, Cr: 8–10 mg/kg dry mass, that fulfill1 EU requirements and can be used as a fertilizer in organic farming. To achieve higher quality of the final product, Olive pomace should be used in higher ratios than the other materials (OL, RH, WS, SD and RP). The amount (volume of humidifying agents) and time (frequency) of moisture addition also played an important role during composting. Based on the experimental results, olive mill wastes can produce a high quality soil amendment which has no phytotoxic, genotoxic or cytotoxic effects. Nevertheless, composting duration and bulking agents and their ratios are crucial factors that determine the quality of the final product. Finally, the revision of EU regulations is proposed to include genotoxic and cytotoxic evaluation of composts that enter the human food chain. A full-scale compost unit was designed based on the experimental results. For a typical small-sized olive mill, processing 30 tonnes of olives per day for a 100-day operation period, a total area of about 850 m2 is needed to compost the mill’s entire annual waste production. / Η βιομηχανία παραγωγής ελαιόλαδου αποτελεί ένα σημαντικό κομμάτι της οικονομίας στις χώρες της Μεσογείου, προκαλώντας ταυτόχρονα σημαντικά περιβαλλοντικά προβλήματα, λόγω της παραγωγής μεγάλων ποσοτήτων αποβλήτων κατά τη σύντομη περίοδο λειτουργίας των ελαιοτριβείων. Η μέση ετήσια παραγωγή ελαιολάδου στην Μεσόγειο κυμαίνεται στους 1.4-1.8 χιλιάδες τόνους, ενώ παράγονται επίσης περίπου 30 χιλιάδες m3 παραπροϊόντων και 20 χιλιάδες τόνους ελαιοπυρήνα. Μόνο ένα μικρό μέρος αυτών των παραπροϊόντων μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρώτη ύλη σε διάφορες βιομηχανίες. Η Ελλάδα έχει περίπου 2300 ελαιοτριβεία μικρής κλίμακας διασπαρμένα στην ύπαιθρο. Τα ελαιοτριβεία αυτά είναι κυρίως τριφασικά και τα παραπροϊόντα τους συμπεριλαμβάνουν στερεά υπολείμματα (ελαιουρήνας και φύλλα) και υγρά απόβλητα ελαιοτριβείου. Τα ελαιοτριβεία παράγουν σημαντικές ποσότητες στερεών υπολειμμάτων παρέχοντας περίπου 0.35 τόνους ελαιοπυρήνα και 0.05 τόνους φύλλων ανά τόνο ελαιοκάρπου, παρακαλώντας σημαντικά προβλήματα στη διαχείρισης τους. Τα στερεά υπολείμματα (ελαιοπυρήνας και φύλλα) περιέχουν 95% οργανική ύλη, καθιστώντας τα δυνητικά κατάλληλα ως εδαφοβελτιωτικά, καθώς τα εδάφη των περισσότερων Μεσογειακών χωρών έχουν χαμηλή περιεκτικότητα σε οργανική ύλη (<1%) επηρεάζοντας αρνητικά την γεωργία. Τα υπολλείματα αυτά περιέχουν ωστόσο τοξικές ουσίες και έλαια, τα οποία αυξάνουν την υδροφοβικότητα του εδάφους και μειώνουν την κατακράτηση του νερού και την ρυθμό διήθησης. Έχει αποδειχθεί ότι συχνές εφαρμογές κομποστοποιημένων οργανικών υπολειμμάτων αυξάνουν την γονιμότητα του εδάφους, αυξάνοντας κυρίως τη συνολική σταθερότητα και την πυκνότητα του εδάφους. Η συχνή χρήση κομποστοποιημένων υλικών βελτιώνει την περιεκτικότητα των εδαφών σε οργανικό άζωτο του εδάφους έως και 90%. Η κομποστοποίηση ελαιοπυρήνα θα μπορούσε να αποτελέσει μια πιθανή λύση για την αναπλήρωση του περιεχομένου σε οργανική υλη των εδαφών και για την προώθηση μιας οίκοφιλικής αγροτικής παραγωγής. Για να εξεταστεί η κομποστοποιήση στερεών υπολειμμάτων ελαιοτριβείων, διεξήχθησαν 4 πειράματα πιλοτικής κλίμακας για την παραγωγή κομποστ, χρησιμοποιώντας στερεά υπολείμματα τριφασικών ελαιοτριβείων (ελαιοπυρήνας) και διαφόρους διογκωτικούς παράγοντες, όπως φλοιό ρυζιού, φύλλα ελιάς, πριονίδια, ροκανίδια, και καλάμια με υψηλή περιεκτικότητα σε χρώμιο. Σκοπός των παράλληλων πειραμάτων ήταν η εξέταση της επίδρασης στην ποιότητα του τελικού κομπόστ των: (α) αρχικού περιεχόμενου υγρασίας, (β) της προσθήκης νερού κατά την διάρκεια της κομποστοποιήσης, (γ) των ποσοστών ανάμιξης των υλικών, καθώς επίσης και ο προσδιορισμός της φυτοτοξικότητας και της γενοτοξικότητας των τελικών κομπόστ. Σε κάθε πείραμα χρησιμοποιήθηκαν 6 τραπεζοειδή πλαστικά δοχεία διαστάσεων 1.26 m σε μήκος, 0.68 m σε πλάτος και 0.73 m σε ύψος, με ολικό όγκο 0.62 m3. Οι πιλοτικές μονάδες ήταν τοποθετημένες σε κλειστό χώρο του Τμήματος Διαχείρισης Περιβάλλοντος και Φυσικών Πόρων του Πανεπιστημίου Πατρών στο Αγρίνιο, ώστε να επικρατούν σταθερές συνθήκες θερμοκρασίας. Η παρακολούθηση της κομποστοποίησης και η εκτίμηση της ποιότητας του κομπόστ, έγινε μέσω του προσδιορισμού διαφόρων φυσικοχημικών παραμέτρων (θερμοκρασία, περιεχόμενο υγρασίας, pH, ηλεκτρική αγωγιμότητα, περιεχόμενη οργανική ύλη, πτητικά στέρεα, ολικός οργανικός άνθρακας, ολικό άζωτο, ολικό φώσφορος, κάλιο, νάτριο, και ολικές φαινόλες). Για την εκτίμηση της ποιότητας του κομποστ πραγματοποιήθηκαν επίσης ρεσπιρομετρικά τεστ (κατανάλωση O2). Τα πειραματικά αποτελέσματα απέδειξαν ότι ακόμα και μετά από σύντομες περιόδους κομποστοποιήσης η ποιότητα του τελικού κομπόστ παρέμενε υψηλή. Το τελικό προϊόν είχε εξαιρετικά φυσικοχημικά χαρακτηριστικά (C/N: 12.1–17.5, δείκτης βλαστικότητας (GI): 88.32–164.43%, Cr: 8–10 mg/kg ξηρής μάζας), τα οποία είναι εντός των νομοθετικών ορίων της ΕΕ για την χρήση λιπασμάτων σε βιολογικές καλλιέργειες. Για την παραγωγή υψηλής ποιότητας κομπόστ ο ελαιοπυρήνας πρέπει να χρησιμοποιείτε σε μεγαλύτερη αναλόγια σε σχέση με τα υπόλοιπα υλικά. Η ποσότητα και η συχνότητα προσθήκης νερού παίζει επίσης σημαντικό ρόλο κατά τη κομοστοποιήση. Με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα αποδείχθηκε ότι τα στερεά υπολείμματα ελαιοτριβείων μπορούν να παράξουν ένα υψηλής ποιότητας εδαφοβελτιωτικό, το οποίο δεν εμφανίζει φυτοτοξικότητα, γενοτοξικότητα και κυτταροτοξικότητα. Παρόλο αυτά η διάρκεια της κομποστοποίησης, οι διογκωτικοί παράγοντες και τα ποσοστά ανάμιξης των υλικών είναι κρίσιμοι παράγοντες, που επηρεάζουν την ποιότητα του τελικού προϊόντος. Επίσης αναφέρουμε ότι η νομοθεσία της ΕΕ θα πρέπει να αναθεωρηθεί συμπεριλαμβάνοντας τόσο τη γενοτοξική και την κυτταρτοξική εκτίμηση του κομπόστ πριν χρησιμοποιηθεί για βρώσιμες καλλιέργειες. Τέλος με βάση τα πειραματικά αποτελέσματα διαστασιολοήθηκε μια μονάδα πλήρους κλίμακας για την κομποστοποίηση στερεών υπολειμμάτων ελαιοτριβείου. Έτσι για ένα τυπικό μικρής κλίμακας ελαιοτριβείο, που επεξεργάζεται ημερησίως 30 τόνους ελιών και για περίοδο κομποστοποίησης 100 ημερών, χρειάζεται μια συνολική έκταση περίπου 850 m2 για τη κομπστοποίηση όλης της ετησίας ποσότητας του ελαιοπυρήνα.