Η παρούσα εργασία είναι χωρισμένη σε τέσσερις θεματικές ενότητες. Στην πρώτη ενότητα παρουσιάζονται οι βασικές φυσικοχημικές μέθοδοι επεξεργασίας που χρησιμοποιήθηκαν, οι οποίες είναι η κροκίδωση/καθίζηση και η διήθηση με μεμβράνες, καθώς και οι βασικές αρχές που τις διέπουν. Η δεύτερη ενότητα της παρούσας εργασίας αποτελείται από την παρουσίαση εφαρμογών της τεχνολογίας μεμβρανών σε συνδυασμό με απόσταξη υπό κενό και διάφορα προσροφητικά μέσα για την αντιμετώπιση προβλημάτων της οινοποιίας. Πιο συγκεκριμένα, εξετάστηκε η αφαίρεση πτητικής οξύτητας από ερυθρό και λευκό οίνο, που οδήγησε σε συνολική απομάκρυνση της τάξεως του 90%, καθιστώντας τον οξειδωμένο οίνο κατάλληλο προς πώληση. Επίσης εξετάστηκε η απομόνωση αιθανόλης και ταυτόχρονη παραγωγή οίνου με μειωμένο περιεχόμενο σε αλκοόλ. Με την προτεινόμενη μέθοδο παρήχθει διάλυμα αιθανόλης 23% vol και οίνος με μειωμένο αλκοόλ 6.7% vol. Τρίτη και τελευταία εφαρμογή ήταν η αφαίρεση αναγωγικών οσμών από λευκό οίνο, η οποία επιτεύχθηκε πλήρως με τη χρήση φίλτρου ενεργού άνθρακα. Στην τρίτη ενότητα παρουσιάζεται μια διεργασία επεξεργασίας αποβλήτου βιομηχανίας χρωμάτων με το συνδυασμό ενός βήματος κροκίδωσης/καθίζησης με μεμβράνες υπερδιήθησης και αντίστροφης ώσμωσης. Το τελικό διήθημα της διεργασίας, από περίπου 20000 mg/l COD που είχε το αρχικό απόβλητο, έχει περίπου 50 mg/l COD, γεγονός που το καθιστά κατάλληλο για ανακύκλωση στη βιομηχανία, ή απόρριψη στο περιβάλλον. Στην τέταρτη και τελευταία ενότητα παρουσιάζεται μια συγκριτική ανάλυση και ανάλυση βιωσιμότητας των διαθέσιμων μεθόδων επεξεργασίας αποβλήτου ελαιοτριβείου, βασισμένες στην αποδοτικότητα, το κόστος και το ενεργειακό αποτύπωμα της κάθε μεθόδου. Τέλος παρουσιάζεται μια μέθοδος επιλογής της καταλληλότερης μεθόδου επεξεργασίας σύμφωνα με τη βαρύτητα που δίνει κάποιος σε κάθε ένα από τα τρία προαναφερθέντα χαρακτηριστικά. / The present study is divided into four chapters. In the first chapter the psychochemical treatment methods that were used with the underlying basic principles are presented. These methods include coagulation/flocculation and membrane filtration. The second chapter is concerned with the implementation of membrane filtration, combined with vacuum evaporation and adsorption materials, in order to address problems occurring in winery processes. More specifically, the removal of volatile acidity from red and white wine was tested, leading to its reduction by 90%, rendering oxidized wine suitable for distribution. Furthermore, the removal of ethanol and the production of low alcohol wine were tested. Through the proposed method, a solution with 23% vol of ethanol and wine with 6.7 vol % were produced. Third and last application was the removal of odors from white wine, which was accomplished through the use of activated carbon. In the third chapter a process for the treatment of paint industry effluents with the combination of coagulation/flocculation with Ultrafiltration and Reverse Osmosis membranes is presented. The final effluent, compared to the initial COD which was around 20000 mg/l, had a 50 mg/l COD and was suitable for recycling in the industrial process or to be rejected to the environment. In the fourth and final chapter a sustainability analysis and benchmarking of the existing treatment methods of Olive Mill Wastewater is presented, based on their effectiveness, cost and CO2 emissions. Finally, a selection technique for the most suitable method is presented, based on the weight given to each one of the aspects given above, by the user.

Οι βιοαντιδραστήρες μεμβρανών αποτελούν μια καινοτόμο τεχνολογία, ιδανική για την αποκατάσταση προηγμένων αστικών και βιομηχανικών λυμάτων, τα οποία περιέχουν υψηλά ποσοστά βιοαποικοδομήσιμων οργανικών ενώσεων. Η παρούσα εργασία αποτελεί ένα μέρος μιας ευρύτερης προσπάθειας ανάπτυξης μιας νέας κατηγορίας λειτουργικών μεμβρανών τεχνολογίας “Βιοαντιδραστήρα Μεμβρανών” (Membrane Bioreactors, MBRs) ή/και βελτίωσης των ήδη χρησιμοποιούμενων μεμβρανών τεχνολογίας MBR με την ενσωμάτωση στο ενεργό πορώδες τους νανοσωλήνες άνθρακα. Οι νανοσωλήνες άνθρακα δυνητικά θα προσέφεραν ταυτόχρονα υψηλότερες ταχύτητες ροής νερού, υψηλότερο ποσοστό απόρριψης οργανικών ενώσεων και ανόργανων αλάτων χαμηλού μοριακού βάρους, καθώς και υψηλότερη αντοχή της μεμβράνης στην εναπόθεση διαφόρων μικροοργανισμών. Η πρόκληση στην περίπτωση αυτή είναι η αποτελεσματική ενθυλάκωση τους στην ενεργή εκλεκτική στοιβάδα των μεμβρανών αυτών. Οι νανοσωλήνες άνθρακα από την πρώτη στιγμή της ανακάλυψης τους, έχουν προσελκύσει το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας, λόγω της ευρείας εφαρμογής τους σε πολλά επιστημονικά και τεχνολογικά πεδία, ως συνέπεια των μοναδικών ιδιοτήτων τους. Οι χημικές, οπτικές, ηλεκτρικές και μηχανικές ιδιότητές τους, τους καθιστούν δυνητικά χρήσιμους σε πάρα πολλές εφαρμογές. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, τα τελευταία 5-7 έτη, οι νανοσωλήνες άνθρακα έχουν ταυτοποιηθεί ως μια καινούργια γενιά νανο-πορωδών υλικών με τρομερό δυναμικό για εφαρμογές ως φίλτρα σε υλικά μεμβρανών που θα μπορούσε να φέρει πραγματική επανάσταση στο σχετικό χώρο. H δυνατότητα ελέγχου της διαμέτρου τους και κατά συνέπεια του μεγέθους των πόρων τους μέσω των οποίων λαμβάνει χώρα το φαινόμενο της διάχυσης ή ροής (από τα 4 Angstroms έως τα 15 nm), σε συνδυασμό με τα σχεδόν άτριβου χαρακτήρα γραφιτικά τους τοιχώματα, εξασφαλίζει εξαιρετικά ταχεία ροή μικρών μορίων με ταυτόχρονη καταπληκτική εκλεκτικότητα στη διαπερατότητα μορίων με βάση το μέγεθός τους. Η ροή υγρών μέσα από αυτές των νανοσωλήνων άνθρακα προβλέπεται να είναι 3-5 τάξεις μεγέθους πάνω απ’ ότι αναμένεται με βάση υπολογισμούς βασισμένους σε απλές αρχές της υδροδυναμικής. Στο πλαίσιο αυτό, μελετήθηκε ο εμβολισμός νανοπορωδών εμπορικών μεμβρανών με διάφορα είδη νανοσωλήνων άνθρακα (CNTs): μονοφλοιϊκών (με ένα τοίχωμα) (Single Wall CNT: SWCNT), διπλοφλοιϊκών (με δύο τοιχώματα) (Double Wall CNT: DWCNT), πολυφλοιϊκών (με πολλαπλά (~15) τοιχώματα) (Multi Wall CNT: MWCNT), λεπτών “πολλαπλού” τοιχώματος (με λίγα (~6-7 ) τοιχώματα) (thin MWCNT), αλλά και τροποποιημένων νανοσωλήνων άνθρακα πολλαπλού τοιχώματος με υδρόξυ-ομάδες (-OH) και καρβόξυ-ομάδες (-COOH) καθώς επίσης και νανοσωλήνων άνθρακα τροποποιημένων με διάφορα πολυμερή όπως πολυβινυλοπυρολιδόνη (PVP), πολυμεθακρυλικό γλυκιδιλεστέρα (PGMA), (PSSPC16). Οι νανοσωλήνες άνθρακα, αρχικά, χαρακτηρίσθηκαν με τη βοήθεια της φασματοσκοπίας Raman και της Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Σάρωσης και μελετήθηκε η διασπορά τους σε νερό (H2O) και αιθανόλη (EtOH). Κατόπιν, εμβολίσθηκαν σε διαφόρων τύπων πορώδεις ανισοτροπικές μεμβράνες (πόρων κωνικού τύπου), αλλά και σε μεμβράνες καθορισμένου μεγέθους πόρων κυλινδρικού τύπου (track etched), στην προσπάθεια ανάδειξης μιας βέλτιστης ενθυλάκωσής τους στο ενεργό/εκλεκτικό τμήμα των μεμβρανών αυτών, κάτι που δεν είναι καθόλου προφανές. Αναπτύχθηκε μια πειραματική διάταξη εμβολισμού νανοσωλήνων άνθρακα, βασιζόμενη στην αρχή της διήθησης/φιλτραρίσματος, η οποία επέτρεψε ένα βαθμό εμβολισμού τους στις μεμβράνες και μια τάση βελτίωσης του χρόνου/των ρυθμών διέλευσης του νερού από αυτές. Στην προσπάθεια αυτή αρωγός σ’ ένα μεγάλο βαθμό αποδείχθηκε η Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης. / Membrane Bioreactors are an innovative technology, ideal for the treatment and rehabilitation of advanced municipal and industrial wastewater which contain high biodegradable organic compounds. A new category of functional membranes for technology MBR, which offer higher water flow, higher rejection rate of organic compounds and inorganic salts of low molecular weight, and greater resistance to the deposition of the membrane of microorganisms may be ensured by the inclusion of various types of carbon nanotubes (CNT’s) into porous polymeric membranes and its basic principle is the efficient binding of modified carbon nanotubes in these membranes. Carbon nanotubes, from the first moment of their discovery, have attracted the interest of the scientific community, due to their wide application in many scientific and technological fields, as a result of their unique properties. More specifically, the chemical, optical, electrical and mechanical properties make them potentially useful in many applications. Important is the use of carbon nanotubes for the development of an innovative high performance membrane for use in Membrane Bioreactors Technology (Membrane Bioreactors, MBR’s). In the present study different types of carbon nanotubes were examined, such as single-wall carbon nanotubes (SWCNT’s), double-wall carbon nanotubes (DWCNT’s), multi-wall carbon nanotubes (MWCNT’s), thin multi-wall carbon nanotubes (thin MWCNT’s), and modified carbon nanotubes with hydroxy groups (-OH), carboxyl groups (-COOH) as well as carbon nanotubes modified with various polymers such as polyvinylpyrrolidone (PVP), phosphonium salt of polystyrene sulfonate (PSSPC16) and polyglycidyl methacrylate (PGMA). Initially, the different types of carbon nanotubes were characterized, using Raman Spectroscopy and Scanning Electron Microscopy. Their dispersion in H2O and ethanol was also examined. Then, they were infiltrated into various types of porous anisotropic membranes with conical porous and into defined pore size membranes (track etched), to find the most suitable combination, which would result to the best water flow through the infiltrated membrane. For this purpose, an experimental device was developed, based on the principle of filtration, which allowed both the filtration of the nanotubes in the films, and the measuring of the water flow through them. Furthermore, the optimal conditions of the system were studied that could both bring about the greater coverage of the membrane pores from nanotube suspensions, (probed by SEM), and result to the optimum water flow rate.

Τα υγρά απόβλητα των ελαιοτριβείων είναι το παραπροϊόν της παραγωγικής διαδικασίας του ελαιολάδου. Η γεωργική αυτή δραστηριότητα έχει ιδιαίτερη κοινωνική και οικονομική σημασία για το πληθυσμό των ελαιοπαραγωγικών χωρών, που βρίσκονται κυρίως στη περιοχή της Μεσογείου όπου παράγεται και το 95% περίπου της παγκόσμιας παραγωγής. Τεράστιες ποσότητες αποβλήτων παράγονται κάθε ελαιοκομική περίοδο και σε συνδυασμό με τα χαρακτηριστικά τους (υψηλή συγκέντρωση σε οργανικό φορτίο και φαινολικές ενώσεις), καθιστούν τα υγρά απόβλητα ελαιοτριβείου ένα δυσεπίλυτο πρόβλημα επικίνδυνα για την απευθείας διάθεσής τους στο περιβάλλον. Στόχος της παρούσας μελέτης, ήταν ο συνδυασμός μεθόδων επεξεργασίας των υγρών απόβλητων ελαιοτριβείου. Αρχικά, με την εφαρμογή αναερόβιας χώνευσης και στη συνέχεια με τη κλασματοποίηση των αναερόβιων εκροών σε ένα σύστημα, αποτελούμενο από φίλτρα και επιλεγμένες μεμβράνες. Η αναερόβια χώνευση των αποβλήτων πραγματοποιήθηκε με το ταχύρυθμο σύστημα του περιοδικού αναερόβιου αντιδραστήρα με ανακλαστήρες. Στη συνέχεια οι αναερόβιες εκροές διοχετεύθηκαν στο σύστημα υπερδιήθησης και αντίστροφης όσμωσης προκειμένου να γίνει η κλασματοποίησή τους.Η αύξηση του ρυθμού οργανικής φόρτισης έγινε με αύξηση στο ΧΑΟ της εισροής και με μείωση του υδραυλικού χρόνου παραμονής (ΥΧΠ). Με την αύξηση του ΧΑΟ στην εισροή επήλθε εκτροπή της διεργασίας και μηδενισμός στη παραγωγή βιοαερίου Το γεγονός αυτό ήταν αποτέλεσμα της συσσώρευσης πτητικών λιπαρών οξέων στο σύστημα. Αντιθέτως, με τη μείωση του ΥΧΠ η διεργασία ήταν σταθερή και οδήγησε στη μείωση του ΥΧΠ στις 3.75 ημέρες και αύξηση του ρυθμού οργανικής φόρτισης στα 8.9 gΧΑΟ/L/d επιτυγχάνοντας μία μείωση στο ΧΑΟ της εκροής της τάξεως του 72%. Η περαιτέρω επεξεργασία των εκροών με τις μεμβράνες οδήγησε στη παραλαβή τελικού διηθήματος με λιγότερο από 0.1 g/L ΧΑΟ. Η αναερόβια χώνευση υγρών αποβλήτων ελαιοτριβείου με το περιοδικό αναερόβιο αντιδραστήρα με ανακλαστήρες ήταν σταθερή ακόμα και σε υψηλούς ρυθμούς οργανικής φόρτισης. Με την κλασματοποίηση των εκροών, παρελήφθη ένα τελικό διήθημα υψηλής ποιότητας, κατάλληλο για άρδευση και επαναχρησιμοποίηση για την αρχική αραίωση του αποβλήτου πριν την αναερόβια χωνευση. / Olive mill wastewater is the by product of olive oil production. This agricultural activity with high social and economic impact on the population of olive-producing countries, are mainly located in the Mediterranean area which approximately 95% of the world’s olive oil production is derived. It is produced seasonally in large quantities by a large number of small olive mills and the combination of their characteristics (very high organic load and phenolic compounds) are the main difficulties in finding a solution for the management of these wastewaters, which are dangerous for the environment. The aim of this study was the combined treatment of olive mill wastewater. The anaerobic digestion of the olive mill wastewaters took place in a high rate system, the periodic anaerobic baffled reactor. Application of the membrane system aimed at purifying the anaerobic effluent.An increase in the organic loading rate was achieved by increasing the influent COD and alternatively by decreasing the hydraulic retention time (HRT). The first option caused process failure, since the volatile fatty acids accumulation resulted in negligible biogas production. In contrast, the second change led to stable operation that permitted the reduction of the HRT to 3.75 d and increase of the organic loading rate to 8.9 gCOD/L/d with satisfactory total COD removal 72%. Further purification in the membrane units resulted in a final permeate of less than 0.1 gCOD/L. The anaerobic digestion of olive mill wastewater in a PABR was stable even at high organic loading rates. Filtering and membrane fractionation of the anaerobic effluent resulted in a final permeate stream of high quality, suitable for irrigation and reuse for diluting the wastewater prior to anaerobic digestion.

Η ενδοθηλίνη-1 (ET-1) είναι ένα πεπτίδιο αποτελούμενο από 21 αμινοξέα. Είναι ισχυρός αγγειοσυσπαστικός παράγοντας και μιτογόνο των λείων μυϊκών κυττάρων. Στο πλάσμα ασθενών που πάσχουν από σοβαρού βαθμού υπέρταση ή προεκλαμψία έχουν ανιχνευθεί υψηλές συγκεντρώσεις ΕΤ-1. Ο ακριβής ρόλος της ΕΤ-1 σε σχέση με την ανθρώπινη αναπαραγωγή είναι ακόμη σε μεγάλο βαθμό ένα αίνιγμα. Μητρικές και εμβρυικές συγκεντρώσεις στο πλάσμα της ενδοθηλίνης έχουν μελετηθεί πρόσφατα σε σχέση με την εγκυμοσύνη. Αυτοί περιλαμβάνουν ενδομήτρια καθυστέρηση της ανάπτυξης (IUGR) και προεκλαμψία. Οι ακριβείς μηχανισμοί για αυτές τις παθολογικές διαδικασίες και η αύξηση των συγκεντρώσεων πλάσματος της ενδοθηλίνης είναι ακόμη σε μεγάλο βαθμό άγνωστοι, αν και υπάρχουν στοιχεία που να υποδηλώνουν ότι η ενδοθηλίνη συνδέεται με βλάβη του ενδοθηλίου των κυττάρων. Υπάρχουν τώρα κάποιες ενδείξεις ότι οι αμνιακές συγκεντρώσεις της ενδοθηλίνης είναι αυξημένες σε κυήσεις που σχετίζονται με προ-εκλαμψία. Ο σκοπός αυτής της προοπτικής μελέτης ήταν να καταγράψει την συγκέντρωση ενδοθηλίνης στο αμνιακό υγρό σε γυναίκες με φυσιολογικές κυήσεις συγκριτικά με τις γυναίκες που εμφανίζουν προεκλαμψία , IUGR και προώρη ρήξη εμβρυικων υμένων. Εξετάσθηκε το αμνιακό υγρό που προήλθε από αμνιοπαρακέντηση από 125 γυναίκες κατά το δεύτερο τρίμηνο της εγκυμοσύνης . Τα επίπεδα της ενδοθηλίνης μετρήθηκαν με μια ευαίσθητη και ειδική εξεταση ραδιοανοσοπροσδιορισμού. Η συγκέντρωση στο αμνιακό υγρό της ενδοθηλίνης είναι αυξημένη από το δεύτερο τρίμηνο σε γυναίκες που αργότερα αναπτύσσουν PPROM, PROM, IUGR και προεκλαμψία με στατιστικά σημαντική διαφορά. Έχει αποδειχθεί ότι τα επίπεδα ΕΤ1 συσχετίζονται με το βάρος γέννησης των νεογνών, για τη κυήση που περιπλέκονται με IUGR, με το βάρος γέννησης των νεογνών, και με την ηλικία κύησης για την ομάδα PPROM, κια με το βάρος γέννησης των νεογνών σε κυήσεις με προεκλαμψία. Η διερεύνηση επιπέδων ΕΤ-1 στο αμινιακό υγρό δευτέρου τριμήνου μπορεί να είναι ένας εξαιρετικά σημαντικός χώρος έρευνας στο μέλλον, καθώς θα μπορούσε να ρίξει περισσότερο φως για την πρώιμη ανέυρεση των παθοφυσιολογικων διαδικασιών της πλακουντιακής δυσλειτουργίας. / Endothelin-1 (ET-1) is a peptide consisting of 21 amino acids. It is a strong vasoconstrictor and mitogenic factor with significant activity on to the smooth muscle cells. High concentrations of ET-1 have been detected in plasma of patients with severe hypertension or preeclampsia. The exact role of ET-1 in relation to human reproduction is still largely an enigma. Maternal and fetal plasma concentrations of ET-1 have been studied recently in relation to pregnancy. These include intrauterine growth retardation (IUGR) and preeclampsia. The exact mechanisms of these pathological processes and increased plasma concentrations of ET-1 are still largely unknown, although there is evidence to suggest that ET-1 is associated with impaired endothelial cells. There is now some evidence that amniotic ET-1 concentrations are elevated in pregnancies associated with pre-eclampsia. The purpose of this prospective observational study was to record the ET-1 concentration in second trimester amniotic fluid and compare with the levels in women who develop preeclampsia, IUGR and premature rupture of membranes. The amniotic fluid samples were obtained from 125 women by amniocentesis during the second trimester of pregnancy. The levels of ET-1 were measured with a sensitive and specific radioimmunoassay examination (ELISA). The amniotic fluid concentrations of ET-1 are statistically significantly higher from the second trimester in women who later develop PPROM, PROM, IUGR with preeclampsia. This study showed that ET-1 levels correlated with the birth weight of newborns in the pregnancies complicated by IUGR, the birth weight of newborns and the gestational age for the group PPROM, and with the birth weight of newborns in pregnancies with preeclampsia . Investigating the levels of ET-1 in the second trimester amniotic fluid can be an extremely important research area in the future, and could shed more light on the early discovery of the pathophysiological process of placental dysfunction.