Studies were conducted to evaluate the impact of landfill leachate discharge on the operation of waste water treatment plants (WWTPs). Two aspects of interferences were found: one is UV quenching substances, which are bio-refractory and able to penetrate the biological treatment processes, consequently interfere the UV disinfection in WWTPs. The other one is organic nitrogen, which can pass the nitrification-denitrification process and contribute to the effluent total nitrogen (TN). Also, treatability study was conducted for landfill gas (LFG) condensate. In a laboratory study, leachate samples were fractionated into humic acids (HA), fulvic acids (FA) and Hydrophilic (Hpi) fractions, the specific UV254 absorbance (SUVA254) of the three fractions follows: HA > FA > Hpi. However, the overall UV254 absorbance of the Hpi fraction was important because there was more hydrophilic organic matter than humic or fulvic acids. It was found that the size distribution of the three fractions follows: HA > FA > Hpi. This indicates that membrane separation following biological treatment is a promising technology for the removal of humic substances from landfill leachates. Leachate samples treated in this manner could usually meet the UV transmittance requirement of the POTWs. Also, nitrogen species in landfill leachates under various stabilization states were investigated. Although the effect of landfill stabilization state on the characteristics of organic matter and ammonia is well documented, there are few investigations into the landfill leachate organic nitrogen under different stabilization stages. Ammonia was found to leach out slower than organic matter and can maintain a constant level within the first a couple of years (< 10 years). The concentration and biodegradability of organic nitrogen were found to decrease with landfill age. A size distribution study showed that most of organic nitrogen in landfill leachates is < 1 kDa. The protein concentration was analyzed and showed a strong correlation with the organic nitrogen. Different slopes of regression curves of untreated and treated leachates indicate that protein is more biodegradable than the other organic nitrogen species in landfill leachates. XAD-8 resin was employed to isolate the hydrophilic fraction of leachate samples, hydrophilic organic nitrogen was found to be more biodegradable/bioavailable than the hydrophobic fractions. Furthermore, biological and physical-chemical treatment methods were applied to a landfill biogas (LFG) condensate to explore the feasible treatment alternatives for organic contaminant and arsenic removal efficiency. Sequencing batch reactor (SBR) showed effectiveness for the degradation of organic matter, even in an environment containing high levels of arsenic. This indicated a relatively low toxicity of organic arsenic as compared to inorganic arsenic. However, for arsenic removal, oxidation-coagulation, including biological oxidation, conventional oxidation and advanced oxidation followed by ferric salt coagulation, and carbon adsorption were not effective for what is believed to be tri-methyl arsenic. Among these, advanced oxidation-coagulation showed the best treatment efficiency (15.1% removal). Only reverse osmosis (RO) could reduce the arsenic concentration to an acceptable level to meet discharge limits. These results implied high stability and low toxicity of organic arsenic. / Ph. D.

L'objectif de ce travail était d'étudier les interactions entre une plante à phytoremédiatrice ?, Lantana camara (Verbenaceae), le ver de terre, Pontoscolex corethrurus (Glossoscolecidae) et les microorganismes telluriques d'un sol pollué au plomb. Dans un premier temps, il apparaît que dans les sols contaminés, la présence de ver conduit à un accroissement de la biomasse des parties aériennes et racinaires des plantes ainsi qu'à une augmentation de l'absorption de plomb. La caractérisation physico-chimique des agrégats racinaires a montré que l'activité des vers augmente le taux de matière organique, la capacité d'échange cationique ainsi que l'azote total, le potassium total et disponible. De plus, la présence des vers augmente certaines activités enzymatiques de la rhizosphère. La croissance accrue de L. camara pourrait résulter de ces différentes actions. L'action des vers de terre sur les plantes se ferait via les communautés microbiennes telluriques. Ainsi, la biomasse des microorganismes, bactéries et champignons, des agrégats racinaires augmente en présence de vers. La PCR-DGGE n'a pas permis de mettre en évidence de modifications de la structure taxonomique des communautés bactériennes sous l'influence du Pb et/ou du vers, par contre l'analyse des profils physiologiques par plaques Biolog montre clairement une diversification fonctionnelle bactérienne. Les communautés fongiques voient, elles, leur diversité taxonomique, augmenter sous l'action des vers. La restructuration des populations microbiennes, en présence de vers, des agrégats racinaires élaborés par les plantes en milieu pollué au plomb est l'élément déterminant pour la compréhension de l'impact de P. corethrurus sur la croissance et la phytoremédiation de L. camara. L'association de ces deux organismes aurait donc un potentiel considérable pour le traitement de sites industriels pollués au plomb / The objective of this work was to study the interactions between phytoremediating plant Lantana camara (Verbenaceae), the earthworm Pontoscolex corethrurus (Glossocolecidae) and microorganisms in soil contaminated with lead. Initially, it appears that in the contaminated soil, the presence of earthworm leads to an increase in the biomass of root and aerial parts of plants and increased absorption of lead. The physico-chemical characterization of root-aggregates showed that the activity of earthworms increases the rate of organic matter, cation exchange capacity, total nitrogen, total and available potassium. Moreover, the presence of earthworms increases certain enzymatic activities in the rhizosphere. The increased growth of L. camara could result from these different actions. The action of earthworm on plants would be through terrestrial microbial-communities. Thus, the biomass of microorganisms, bacteria and fungi, of root-aggregates increase in the presence of earthworms. By PCR-DGGE, we were unable to demonstrate differences in taxonomic diversity of the bacteria community but the analysis of physiological profiles with Biolog plates showed that the activities of earthworm enhance the functional diversity of soil bacteria. In other hand, the restructuring of fungal taxonomy has been clearly observed by the activity of earthworm. All changes observed can explain increased growth of plants and improved phytoextraction of heavy metal. Finally, the study underlines the role of the earthworms on the growth and the phytoextraction efficiency of the plants. So, the combination of earthworm P. corethrurus and plant L. camara could be considerable potential for the treatment of industrial sites polluted with lead

Στα πλαίσια αυτής της διδακτορικής εργασίας μελετήθηκαν οι εμπορικά σημαντικότερες περιοχές καλλιέργειας και συγκομιδής οστρακοειδών του Ελλαδικού χώρου. Κατά τη διάρκεια περιόδου 18 μηνών πραγματοποιήθηκε μηνιαία συλλογή δειγμάτων στρειδιών (Οstrea edulis) και μυδιών (Mytilus galloprovincialis), τα οποία συλλέχθηκαν από έξι (6) διαφορετικά σημεία του Ελλαδικού χώρου και αναλύθηκαν για τους εντεροϊούς (EV), τους αδενοϊούς (Adv), τον ιό της ηπατίτιδας Α (HAV), τους ιούς Noro I και II (NLVI και NLVII), για το βακτήριο Ε. coli, καθώς και για σωματικούς κολιφάγους, τους F-sperific RNA βακτηριοφάγους και τους βακτηριοφάγους του Β. fragilis. Επιπλέον αναπτύχθηκαν μέθοδοι τόσο για την ανίχνευση παθογόνων ιών ανθρώπινης προέλευσης στα οστρακοειδή, όσο και για την ανίχνευση των "πιθανών δεικτών" αυτών των ιών. Οι μέθοδοι εξετάστηκαν προκειμένου να αξιολογηθεί η απόδοση καλής ποιότητας από όλα τα εργαστήρια μέσω διεργαστηριακών αναλύσεων. Η μέθοδος που εφαρμόστηκε σε αυτή τη μελέτη για την ανίχνευση των ιών στα οστρακοειδή βασίζεται στην εξαγωγή και την ομογενοποίηση του πεπτικού αδένα με χρήση διαλύματος γλυκίνης, pH 10, απομόνωση των νουκλεϊνικών οξέων και ενίσχυση του γονιδιώματος των ιών που αναλύονται. Για την ανίχνευση του βακτηρίου E. coli χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος των πολλαπλών σωλήνων, ενώ για την ανίχνευση των βακτηριοφάγων χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος καλλιέργειας διπλοστιβάδας. Για το βακτήριο E. coli, σε σύνολο 138 δειγμάτων, 110 δείγματα (ποσοστό 79,7%) βρέθηκαν να ανήκουν στην κατηγορία Α (MPN/100g σάρκας = <20 έως 220), δηλαδή χαρακτηρίζονται σαν δείγματα χαμηλής μόλυνσης, 25 δείγματα (ποσοστό 18,1%) βρέθηκαν να ανήκουν στην κατηγορία Β (MPN/100g σάρκας = 220 έως 3500), οπότε χαρακτηρίζονται σαν δείγματα μεσαίας μόλυνσης, ακατάλληλα προς κατανάλωση χωρίς να προηγηθεί διαδικασία εξυγίανσης, ενώ μόνο 3 δείγματα (ποσοστό 2,2%) βρέθηκαν να ανήκουν στη κατηγορία C (MPN/100g σάρκας =3500 έως >18000), δηλαδή είναι δείγματα υψηλής μόλυνσης. Οι ιοί που εμφανίζονται με μεγαλύτερη συχνότητα στα οστρακοειδή της Ανατολικής Μεσογείου είναι οι αδενοϊοί (34% των δειγμάτων βρέθηκαν θετικά για τους αδενοϊούς) και ακολουθούν οι εντεροϊοί (16,7% των δειγμάτων βρέθηκαν θετικά για τους εντεροϊούς). Αντίθετα, ο ιός της ηπατίτιδας Α (ποσοστό θετικών δειγμάτων = 4,34%), καθώς και οι ιοί Noro I (ποσοστό θετικών δειγμάτων = 2,1%) και Noro II (ποσοστό θετικών δειγμάτων = 1,47%%) εμφανίζονται σε μικρό ποσοστό δειγμάτων. Τέλος, 80 δείγματα (58%) βρέθηκαν θετικά (παρουσία πλακών βακτηριοφάγων) για τους σωματικούς κολιφάγους, με τον αριθμό των πλακών να κυμαίνεται από 71,4 έως 584800 pfp/100g, 52 δείγματα (37,7%) βρέθηκαν θετικά για τους F-specific RNA βακτηριοφάγους (αριθμός των πλακών από 76,2 έως 17051 p100g) και 33 δείγματα (24%) βρέθηκαν θετικά για τους βακτηριοφάγους του Bacteroides fragilis (αριθμός των πλακών από 194.5 έως 5266,25 pfp/100g). Τόσο για το βακτήριο E. coli όσο και για τους βακτηριοφάγους πραγματοποιήθηκαν διεργαστηριακές αναλύσεις προτύπων, οι οποίες οδήγησαν στο συμπέρασμα ότι οι αντίστοιχες μέθοδοι χαρακτηρίζονται ως αξιόπιστες. Η στατιστική ανάλυση έδειξε ότι το βακτήριο E. coli παρουσιάζει θετική συσχέτιση με τους σωματικούς κολιφάγους, αλλά δεν δείχνει στατιστικά σημαντική συσχέτιση ούτε με τους F-specific RNA βακτηριοφάγους, ούτε με κανέναν από τους ιούς εντερικής προέλευσης. Επίσης, θετική συσχέτιση παρουσίασαν οι αδενοϊοί με τους εντεροϊούς, καθώς και οι σωματικοί κολιφάγοι με τους βακτηριοφάγους του B. fragilis. Η μοναδική συσχέτιση μεταξύ ιών εντερικής προέλευσης και βακτηριοφάγων βρέθηκε για τους αδενοϊούς και τους βακτηριοφάγους του B. fragilis. Εάν αυτό επιβεβαιωθεί σε περαιτέρω μελέτες, τότε η συγκεκριμένη κατηγορία βακτηριοφάγων θα μπορούσε να αποτελέσει έναν καλό δείκτη πρόβλεψης της παρουσίας αδενοϊών σε δείγματα οστρακοειδών. Επιπλέον μελετήθηκε η σχέση που μπορεί να υπάρχει μεταξύ των φυσικοχημικών παραμέτρων και των μικροοργανισμών που εξετάστηκαν. Η επεξεργασία αυτή οδήγησε στο συμπέρασμα ότι το βακτήριο E. coli ανιχνεύεται σε μεγαλύτερα ποσά όταν το διαλυμένο οξυγόνο και η περιεκτικότητα σε άλας του ύδατος είναι αυξημένα. Αντίθετα, αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί σε μείωση της ανίχνευσης του βακτηρίου. Επίσης, η περιεκτικότητα σε άλας φαίνεται να επηρεάζει θετικά και τον ιό της ηπατίτιδας Α, αν και ο μικρός αριθμός θετικών δειγμάτων γι’αυτόν τον ιό δεν μπορεί να επιτρέψει την εξαγωγή ασφαλών συμπερασμάτων. Το pH και το διαλυμένο οξυγόνο των υδάτων οδηγεί σε αύξηση της ανίχνευσης των βακτηριοφάγων του B. fragilis, χωρίς όμως να μπορούμε να ισχυριστούμε ότι κάτι τέτοιο ισχύει, λόγω του μικρού αριθμού θετικών δειγμάτων γι’αυτούς τους βακτηριοφάγους. Τέλος, η αύξηση της θερμοκρασίας των υδάτων φαίνεται να οδηγεί και σε αύξηση της παρουσίας των F-specific RNA βακτηριοφάγων, και το ίδιο παρατηρήθηκε και με την αύξηση του διαλυμένου οξυγόνου στο νερό. Η παρούσα μελέτη αποτελεί την πρώτη διεξοδική έρευνα για την ιογενή κοπρανώδη μόλυνση τον οστρακοειδών στην Ελλάδα. Επιπλέον, αντιπροσωπεύει την πρώτη μελέτη σχετικά με τη αποτελεσματικότητα των οργανισμών - δεικτών ιϊκής μόλυνσης, καθώς και για τη συσχέτιση της μικροβιολογικής επιβάρυνσης των οστρακοειδών με τις φυσικοχημικές παραμέτρους του περιβάλλοντος ύδατος. Η μελέτη κατάλληλων δεικτών που σχετίζονται με την παρουσία εντερικών ιών στα οστρακοειδή οδήγησε σε χρήσιμα συμπεράσματα για τη χρήση της ανίχνευσης των βακτηριοφάγων ως δεικτών ιϊκής μόλυνσης. Εντούτοις, απαιτείται περαιτέρω μελέτη προκειμένου να προσδιοριστεί και η χρήση των βακτηριοφάγων ως δεικτών που θα μαρτυρούν την προέλευση (ανθρώπινη ή ζωική) των εντερικών ιών που ανιχνεύονται στα οστρακοειδή. / In this doctorate investigation, important shellfish growing areas of Greece have been defined and studied. Oysters (Ostrea edulis) and mussels (Mytilus galloprovincialis) were obtained on a monthly basis over an 18 month sampling period. These samples were collected by six (6) different points of Greece and were analyzed for enteroviruses (EV), adenoviruses (Adv), virus of hepatitis A (HAV), Noro viruses I and II (NLVI and NLVII ), bacterium E. coli, as well as for somatic coliphages, F-sperific RNA bacteriophages and bacteriophages of B. fragilis. Moreover, methods were developed for the detection of pathogenic viruses of human origin in the shellfish, as well as for the detection of potential "viral indicators". The methods were examined in order to validate the good quality performance from all the laboratories via interlaboratory analyses. The method that used in this study for the detection of human enteric viruses in the shellfish is based on the export and homogenisation of digestive gland with glycine buffer at pH 10, viral nucleic acid extraction and amplification of the genomes of the analysed human viruses. The procedure applied for detection of E. coli consists on a five tube, three dilution most probable number (MPN) method, while the method for the detection of bacteriophages was the double-agar-layer method. For E. coli analysis, in a total number of 138 samples, 110 samples (79,7%) were found to belong in category A (MPN / 100 g of flesh = < 20 until 220), that it means these samples are characterized as samples of low pollution, 25 samples (18,1%) were found to belong in category B (MPN / 100 g of flesh = 220 until 3500), therefore are characterized as samples of intermediate pollution, inadequate to consumption without precedes process of cleansing, while only 3 samples (2,2%) were found to belong in category C (MPN / 100 g of flesh = 3500 until > 18000), that it means they are samples of high pollution. The viruses that are presented with higher frequency in the shellfish of Eastern Mediterranean are the adenoviruses (34% of samples were found positive for adenoviruses) and follow enteroviruses (16,7% samples they were found positive for enteroviruses). On the contrary, virus of hepatitis A (percentage of positive samples = 4,34%), as well as the Noro I viruses (percentage of positive samples = 2,1%) and Noro II viruses (percentage of positive samples = 1,47%%) are presented in small number of samples. Finally, 80 samples (58%) were found positive (presence of plaques of bacteriophages) for somatic coliphages, with the number of plaques between 71,4 and 584800 pfp / 100 g, 52 samples (37,7%) were found positive for F - specific RNA bacteriophages (number of plaques from 76,2 to 17051 pfp/ 100 g) and 33 samples (24 %) were found positive for the bacteriophages of B. fragilis (number of plaques from 194,5 to 5266,25 pfp / 100 g). Interlaboratory studies involved the testing of reference materials of E. coli and bacteriophages were used as part of the good quality performance assessment program to be applied all over the study, and led to the conclusion that the corresponding methods are characterized by good reliability. According to the statistical analysis of the results, the presence of E. coli seems to be significantly related with the presence of somatic coliphages. However, E. coli do not present significant statistical relation neither with F - specific RNA bacteriophages, nor with all of the viruses of intestinal origin. Also, adenoviruses were significantly related with enteroviruses, as well as somatic coliphages with the bacteriophages of B. fragilis. The unique significant relation between viruses of intestinal origin and bacteriophages was found for the adenoviruses and bacteriophages of B. fragilis. If this is confirmed in further studies, then this category of bacteriophages could constitute a good indicator of forecast of presence adenoviruses in samples of shellfish. Moreover, we studied the relation that can exist between the physic-chemical parameters and the micro-organisms that were examined. This analysis led to the conclusion that E. coli is detected in higher levels when the dissolved oxygen and the salinity of water are increased. On the contrary, increase of temperature leads to reduction of detection of E. coli. Also, the salinity appears to influence positively also virus of hepatitis A, even if the small number of positive samples of this virus cannot allow the export of sure conclusions. The pH and the dissolved oxygen of waters lead to increase of detection of bacteriophages of B. fragilis, but the small number of positive samples for these bacteriophages can’t give safe conclusions. Finally, the increase of temperature of waters appears to lead also to increase of presence of F - specific RNA of bacteriophages, and the same was also observed with the increase of dissolved oxygen in water. This study constitutes the first extensive research for the fecal viral pollution of shellfish in Greece. Moreover, it represents the first study with regard to the effectiveness viral indicators, as well as for the correlation of microbiological parameters of shellfish with the physical-chemical parameters of water. The study of suitable indicators that are related with the presence of enteric viruses in the shellfish led to useful conclusions on the use of detection of bacteriophages as indicators of viral pollution. Nevertheless, further study is required in order to determine also the use of bacteriophages as indicators that will testify the origin (human or animal) of the enteric viruses that are detected in the shellfish.