Stable isotope probing (SIP) is an established technique that can be applied to identify the metabolically active micro-organisms within a microbial population. The SIP method utilises an isotopically-labelled substrate and PCR techniques to discern the members of a microbial community that incorporate the isotope into their DNA or RNA. The current literature gap around using 15N isotopes with RNA-SIP offers real potential and advantages for targeting and identifying active members from mixed communities involved in global biogeochemical nitrogen cycling. This study specifically investigated whether nitrogen based compounds can be used as substrates in RNA-SIP methodologies and whether they can in turn be used to probe mixed community environments known to be actively fixing nitrogen. The nitrogen-limited systems targeted represented an ideal opportunity to assess the suitability of 15N-RNA-SIP approaches due to their known high nitrogen fixation rates. Identifying these nitrogen-fixing bacteria could provide a better representation analysis of the community, leading to an improved prediction on how to manage and optimise the treatment performance of target waste systems and to exploit the unique bioconversion properties of these types of organisms. Initially, the project undertook methodological proof of concept by using a soluble nitrogen source, 15NH4Cl, to label the RNA of Novosphingobium nitrogenifigens and a mixed microbial community. Successful separation of the 14N- (control) and 15N-RNA was achieved for both pure and mixed communities using isopycnic caesium trifluoroacetate (CsTFA) gradients in an ultracentrifuge. The usefulness of this technique to identify active diazotrophs in real environmental samples was tested using a nitrogen-fixing community from a pulp and paper wastewater treatment system. After growing the mixed culture with 15N2 as the sole nitrogen source, the labelled RNA was extracted and fractionated using isopycnic centrifugation in CsTFA gradients. The community composition of the active nitrogen-fixing community in the 15N2 enriched fraction was analysed by establishing a 16S rRNA gene clone library containing over 200 members. These were analysed by comparison with published sequences and by phylogenetic analysis. It was found that the more isotopic label substrate incorporated, the further the buoyant density (BD) separation between 15N- and 14N-RNA. Novosphingobium nitrogenifigens gave an average BD shift of 0.03 + 0.004 g ml-1 (95.0 atom % 15N) with 15NH4Cl. For mixed communities the average BD shift was 0.02 + 0.004 g ml-1 (80.0 atom % 15N) with 15NH4Cl and 0.013 + 0.002 g ml-1 (32.6 atom % 15N) when using 15N2. Clone library analysis of 16S rRNA genes present in the enriched 15N-RNA fraction of the mixed community was shown to consist of a diverse population of bacteria as indicated by a Shannon Weaver index value of gt;2.8. Three dominant genera (Aeromonas, Pseudomonas and Bacillus) were identified by comparison with published sequences and phylogenetic analysis. Many other groups not known as archetypal nitrogen-fixing bacteria were also identified, demonstrating that 15N2-RNA-SIP provides a useful tool for the identification of important and previously unknown contributors to nitrogen fixation in a range of environments. Overall, this project has established that nitrogen based RNA-SIP is a powerful tool that can be used successfully and reproducibly with both pure and complex mixed microbial communities to study active diazotrophs in environmental samples.

Wastewater recycling and reuse is an important issue in the coming years due to the increasing water demand and the decreasing water supply. MBR (membrane bioreactor) technology has become an important pretreatment technology for reclaiming treated effluent from, for example, domestic, dyestuff, and pharmaceutical wastewater plants. However, variations in wastewater flow rate and polluted materials can be a great influence to the performance of MBR. The applications of MBR to the treatment of various industrial wastewaters are worthy of further investigation. The present study investigated performances of MBR for treating wastewaters from a tannery plant and an industrial park. In addition, a pilot-scale UASB (upflow anaerobic sludge blanket) reactor was used for the pretreatment of the tannery plant wastewater for COD (chemical oxygen demand) removal. Results from tannery wastewater treatment indicate that using effluent from the activated sludge ponds of plant A as an influent to the pilot MBR, COD and SS (suspended solids) of the MBR filtrates could always be kept at <100 and <30 mg/L, respectively. Both COD and SS of the filtrates meet effluent regulations of <160 and <30 mg/L, respectively. The operation conditions were HRT (hydraulic retention time) = 12.2-20.4 hr, flux = 4.92-8.17 L/m2.hr, and MLSS (mixed liquor suspended solids) = 5,060-37,800 mg/L. Because the effluent had high TDS (total dissolved solids) contents of 8,700-9,700 mg/L resulted from chloride and sulfate ions, the permissible operational fluxes (4.92-8.17 L/m2.hr) were far below the normal ones (20-30 L/m2.hr). Experiments from the UASB test indicate that on an average 70% of the influent COD (2,200 mg/L) could be removed. Wastewater plant for the industrial park had influent and effluent COD of 93-144 and 11-65 mg/L, respectively. By the MBR with EBRT of 2.16-12.2 hr, flux of 5.0-28 L/m2.hr, and MLSS of 1,550 mg/L, the filtrates had COD of 11-81 mg/L. In addition, COD of the MBR filtrates could be decreased from 77 to 20-40 mg/L after supplementation of PAC (powdered activated carbon) at a concentration of 500 mg/L, and a clearer filtrate was obtained. After 30 days of operation, COD of the filtrates could be maintained at 30-48 mg/L. Regular addition of PAC to the MBR reactor is necessary for keeping the effluent quality to meet the reuse requirements.

Ozonation is an efficient method to degrade refractory organics in textile wastewaters. In recent years, catalytic ozonation is applied to reduce ozone consumption and to increase chemical oxygen demand and total organic carbon (TOC) removal efficiencies. The ozonation of two industrial dyes, namely Acid Red-151 (AR-151) and Remazol Brilliant Blue R (RBBR) was examined separately both in a semi-batch reactor and also in a fluidized bed reactor (FBR) by conventional and catalytic ozonation with alumina and perfluorooctyl alumina (PFOA) catalysts. The conventional and catalytic ozonation reactions followed a pseudo-first order kinetics with respect to the dye concentration. The highest COD reductions were obtained in the presence of the catalysts at pH=13, with alumina for AR-151 and with PFOA for RBBR. Residence time distribution experiments were performed to understand the degree of liquid mixing in the reactor. The behaviour of the FBR was almost equivalent to the behaviour of one or two completely stirred tank reactors in series in the presence of the solid catalyst particles. The volumetric ozone-water mass transfer coefficients (kLa) were found at various gas and liquid flow rates and catalyst dosages in the FBR. A model was developed to find kLa in the reactor by comparing the dissolved O3 concentrations in the experiments with the model results. kLa increased significantly by the increase of gas flow rate. Higher catalysts dosages at the fluidization conditions yielded higher kLa values indicating higher rates of mass transfer. Dye ozonation experiments without catalyst and with alumina or PFOA catalyst were conducted at different conditions of the inlet dye concentration, gas and liquid flow rates, inlet ozone concentration in the gas, catalyst dosage, particle size and pH. The dye and TOC removal percentages were increased with the increase of gas flow rate and with the decrease of both the liquid flow rate and inlet dye concentration. The addition of the catalyst was beneficial to enhance the TOC degradation. The ozone consumed per liter of wastewater was much lower when the catalyst was present in the reactor. In terms of TOC removal and O3 consumption, the most efficienct catalyst was PFOA. According to the organic analysis, the intermediate by-products were oxalic, acetic, formic and glyoxalic acids in RBBR and AR-151 ozonation. The dye and dissolved ozone concentration profiles were predicted from a developed model and the model results were compared with the experimental results to obtain the enhanced kLa values. The presence of the chemical reaction and the catalysts in the FBR, enhanced the kLa values significantly. The enhancement factor (E) was found as between 0.97 and 1.93 for the non-catalytic ozonation and 0.96 and 1.53 for the catalytic ozonation at pH = 2.5. The dimensionless number of Hatta values were calculated between 0.04-0.103 for the sole ozonation of RBBR and AR-151 solutions. According to the calculated Ha values, the reaction occurred in the bulk liquid and in the film being called as the intermediate regime in the literature.

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 80% 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 καθώς είναι επικίνδυνα για την απευθείας διάθεσής τους στο περιβάλλον. Μια από τις πιο αποτελεσματικές και πολλά υποσχόμενες μεθόδους επεξεργασίας υγρών αποβήτων ελαιοτριβείου (ΥΑΕ) είναι η αναερόβια χώνευση. Το ενδιαφέρον της έρευνας για την επεξεργασία των ΥΑΕ εστιάζεται στην ανάπτυξη αναερόβιων μεθόδων και βιοαντιδραστήρων που μπορούν να απομακρύνουν αποτελεσματικά υψηλά οργανικά φορτία. Ανάμεσα στις ταχύρρυθμες διεργασίες που έχουν αναπτυχθεί τα τελευταία χρόνια, οι αναερόβιοι αντιδραστήρες ανοδικής ροής που σχηματίζουν ‘κουβέρτα’ ιλύος (UASB) είναι οι πιο επιτυχημένοι. Μέσα σε ένα UASB αντιδραστήρα, οι μικροοργανισμοί προσκολλώνται μεταξύ τους σχηματίζοντας συσσωματώματα, γνωστά ως granules, τα οποία έχουν υψηλή βιοδραστηριότητα και εξαιρετική δυνατότητα καθίζησης. Στόχος αυτής της μελέτης ήταν να εκτιμηθεί η απόδοση τριών ταχύρρυθμων αναερόβιων συστημάτων, δύο αναερόβιων αντιδραστήρων με ανοδική ροή που σχηματίζουν ‘κουβέρτα’ ιλύος (UASB) και ενός υβριδικού UASB, κάτω από μεσοφιλικές συνθήκες (37oC) λειτουργίας για την επεξεργασία φυγοκεντριμένων υγρών αποβλήτων προερχόμενων από τριφασικό ελαιοτριβείο. Ο εμβολιασμός του ενός UASB πραγματοποιήθηκε με αναερόβια κροκιδωμένη λάσπη (UASB-F), ενώ στο δεύτερο και στον υβριδικό αντιδραστήρα (UASB-G και HUASB-G αντίστοιχα) χρησιμοποιήθηκε αναερόβια λάσπη που περιείχε ήδη σχηματισμένα συσσωματώματα τύπου granules. Η τροφοδοσία όλων των συστημάτων γινόταν με φυγοκεντριμένα ΥΑΕ αραιωμένα κατάλληλα με 3D-H2O, προκειμένου να αποφευχθεί παρεμπόδιση λόγω φαινολών στο σύστημα. Και οι τρεις αντιδραστήρες λειτούργησαν κάτω από όμοιες οργανικές φορτίσεις και πραγματοποιήθηκε σύγκριση της απόδοσης των συστημάτων μεταξύ τους. Πιο συγκεκριμένα στον UASB-F αντιδραστήρα επετεύχθη σταθερή λειτουργία σε υψηλότερους ρυθμούς οργανικής φόρτισης συγκριτικά με τους HUΑSB-G και UASB-G αντιδραστήρες και γενικά παρουσίασε τη μεγαλύτερη απόδοση (1.15 LCH4/Lαντμέρα-1) σε σχέση με τους άλλους δύο. Ως προς την αποδόμηση ΧΑΟ, ο UASB-F αντιδραστήρας παρουσίασε μεγαλύτερη του 50%, ενώ οι άλλοι δύο αντιδραστήρες μικρότερη του 45-50%. Ο UASB-F αντιδραστήρας λειτούργησε για 500 ημέρες και σε αυτό το διάστημα δεν παρατηρήθηκε ο σχηματισμός granules (οπτική παρατήρηση). Από την άλλη πλευρά, τα καλοσχηματισμένα granules με τα οποία εμβολιάστηκαν οι HUΑSB-G και UASB-G αντιδραστήρες έχασαν τη δομή τους (οπτική παρατήρηση) και η απόδοση των αντιδραστήρων παρέμεινε σε χαμηλά επίπεδα. / Olive Mill Wastewaters, OMW, are the byproduct of the olive oil production. The olive oil production has an economic and social impact on people of countries who produce olive oil, which are mainly located in the Mediterranean region, where 80% of the global production is produced. Large quantities of OMW are produced every year and in combination with their characteristics, they make OMW a serious problem to be solved as they are dangerous if they are disposed directly to the environment. One of the most effective and very promising method of treatment of OMW is anaerobic digestion. The interest of the research on treatment of OMW is focused on the development of anaerobic methods and biological reactors which can reduce sufficiently high organic loading rates. Among the high-rate processes that have been developed the recent years, Upflow Anaerobic Sludge Blanket, UASB, reactors are the most successful. The microorganisms form aggregates into UASB, known as granules, which have great biological activity and extraordinary sedimentation ability. The aim of this study was to estimate the production efficiency of three high-rate anaerobic systems, two UASB reactors and one hybrid UASB, under mesophilic conditions( 37oC) for the treatment of centrifuged OMW from a three-phase olive mill. One UASB inoculated with anaerobic flocculant sludge, UASB-F, while the other two, UASB-G and HUASB-G, inoculated with granulated sludge. All reactors feed consisted of centrifuged and diluted with 3D-H2O OMW in order to avoid phenols obstruction. All three reactors worked under similar organic loading rates and their production efficiency was compared. More specifically, UASB-F reactor was stable for higher loading rates compared with HUASB-G and UASB-G reactors and the higher efficiency, 1.15 LCH4/Lreactor/d, was achieved in this system. Concerning COD reduction, more than 50% was achieved in UASB-F reactor, while the percentage was lower than that in the other two reactors. UASB-F reactor worked for 500 days and granules were not formed (optical observation). on the other hand, the initial granules in UASB-G and HUASB-G reactors lost their structure (optical observation) and the efficiency of these systems was kept in low levels.

Μεταξύ των χρήσιμων συστατικών των παραπροϊόντων των υγρών εκροών ενός ελαιοτριβείου είναι οι φαινολικές ουσίες οι οποίες χαρακτηρίζονται από την υψηλή αντιοξειδωτική τους δράση. Οι φαινολικές ενώσεις, εφόσον ανακτηθούν, είναι δυνατόν να αξιοποιηθούν εμπορικά, αφού μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πολύ σημαντικούς τομείς όπως στην προστασία της υγείας του ανθρώπου (προστασία από τον διαβήτη, τον καρκίνο), στην βιομηχανία τροφίμων, στην κοσμετολογία κλπ.. Στην παρούσα εργασία, εξετάστηκε ο διαχωρισμός και η ανάκτηση των φαινολικών ενώσεων με τη μέθοδο της κρυστάλλωσης με ψύξη, από υδατικά διαλύματα. Οι φαινολικές ενώσεις που επιλέχθηκαν για μελέτη ήταν η φαινόλη κινναμικό οξύ [trans-cinnamic acid (TCA)] και η φαινόλη φερουλικό οξύ [ferulic acid (FA)]. Η επιλογή τους έγινε γιατί η χαμηλή διαλυτότητα τους, σε σύγκριση με τις αντίστοιχες της τυροσόλης και της υδροξυτυροσόλης, καθιστά πιο εύκολη τη διερεύνηση της επιλεκτικής τους κρυστάλλωσης στην ψυχόμενη επιφάνεια. Η πειραματική διαδικασία πραγματοποιούταν σε αντιδραστήρα διαλείποντος έργου όγκου, με διπλότοιχα τοιχώματα σε σταθερή θερμοκρασία η οποία ρυθμιζόταν με την βοήθεια θερμοστάτη ανακυκλοφορίας. Το προς κρυστάλλωση διάλυμα εισαγόταν στον αντιδραστήρα και θερμαινόταν σε σταθερή θερμοκρασία. Η κρυστάλλωση λάμβανε χώρα πάνω σε μια ψυχόμενη κυλινδρική επιφάνεια ανοξείδωτου χάλυβα που εμβαπτιζόταν στο διάλυμα. Η θερμοκρασία στην κυλινδρική επιφάνεια διατηρούνταν σταθερή. Ακολούθως, μετά το πέρας του κύκλου κρυστάλλωσης, οι κρύσταλλοι συλλέγονταν για την περαιτέρω ανάλυσή τους. Τα ποσοστά ανάκτησης των πολυφαινολών που επιτεύχθηκαν στην παρούσα εργασία, ήταν ιδιαίτερα υψηλά και ειδικότερα στα πειράματα που περιλάμβαναν διαλύματα υψηλού υπερκορεσμού και χαμηλής θερμοκρασίας ψυχόμενης επιφάνειας. Η παρακολούθηση της μεταβολής της θερμοκρασίας από την ψυχρή επιφάνεια προς τα τοιχώματα του αντιδραστήρα (στην ακτινική διεύθυνση) ως συνάρτηση του χρόνου, δίνει πληροφορίες για το σημείο έναρξης και για την ολοκλήρωση της διεργασίας της κρυσταλλικής ανάπτυξης. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η κατάστρωση και επίλυση των ισοζυγίων μάζας και ενέργειας καθώς και ο προσδιορισμός (θεωρητικός και πειραματικός) του πάχους του αποτιθέμενου στερεού στην ψυχόμενη επιφάνεια. Η επίλυση των μερικών διαφορικών εξισώσεων δίνει αναλυτικές λύσεις για την κατανομή του προφίλ της υπέρψυξης και της συγκέντρωσης ως προς τα φαινολικά κλάσματα κατά μήκος του αντιδραστήρα. Δεδομένου ότι η υπέρψυξη αποτελεί και την κινούσα δύναμη για την κρυσταλλική ανάπτυξη, παρατηρήθηκε ότι ήταν δυνατή η αριστοποίηση της ανάκτησης των φαινολικών ενώσεων από υπέρθερμα διαλύματα με τη μέθοδο της κρυστάλλωσης με ψύξη. Το ποσοστό ανάκτησης που επιτεύχθηκε ήταν περίπου . Παράλληλα εξετάστηκε επίδραση της συναγωγής στην κρυσταλλική ανάπτυξη. Αυξανομένης της γωνιακής ταχύτητας, ευνοείται η κρυστάλλωση στο κυρίως διάλυμα και παρουσιάζεται μια μείωση στο τελικό ανακτώμενο στερεό μιας και τα moles της προς κρυστάλλωση ουσίας δεν έχουν τον απαραίτητο χρόνο να διαχυθούν και να κρυσταλλωθούν επιλεκτικά στην περιοχή όπου παρουσιάζεται διαφορά συγκέντρωσης. Η τελική σειρά πειραμάτων αφορούσε πειράματα κρυστάλλωσης με ψύξη μίγματος πολυφαινολών καθώς και προκαταρκτικών πειραμάτων αποβλήτου ελαιοτριβείου με σκοπό τη διερεύνηση της δυνατότητας ανάκτησης των πολυφαινολών από διάφορα διαλύματα και άπο το απόβλητο αντίστοιχα. Σε όλα τα παραπάνω, ο προσδιορισμός της υγρασίας στο στερεό κρυσταλλικό στρώμα ήταν υψίστης σημασίας για τον έλεγχο της καθαρότητας των ανακτώμενων κρυστάλλων. Το ποσοστό υγρασίας που προσδιορίστηκε ήταν πολύ μικρό και περίπου ίδιο με το αντίστοιχο ποσοστό των συνθετικών φαινολών / Phenolic compounds are among, the most complex and the most difficult to remove compounds from the by-products of olive mill wastewaters (OMW). Due to significant properties, including stability and anti-oxidative activity, the recovery of poly-phenols (PP) from OMW is of paramount importance. In the present work, trans-cinnamic acid and ferulic acid, model compounds for the PP present in OMW were removed by cooling crystallization from aqueous solutions. Cooling crystallization experiments were done in a batch reactor kept at constant temperature. Solutions of the two tested PP were prepared in the reactor and were allowed to equilibrate. Crystallization took place on the surface of a cylindrical stainless steel (SS) metal tube immersed into the supercooled solution. The SS surface was cooled at a lower temperature with respect to the respective melting point. With respect to each of the PP studied, the respective solubilities as a function of temperature were measured. The formation of PP crystal layers on the SS tube surface took place without any appreciable induction time. In the series of experiments done, the temperature and concentration profile in the batch reactor in the presence of the cooled SS surface were calculated on the basis of mass and heat transport equations for unstirred systems. The imposed super-cooling from the cold surface to the bulk solution, which is the driving force for the crystallization of the phenolic compounds on the SS surface, was thus estimated.

Η Ελλάδα αποτελεί μία από τις βασικές ελαιοπαραγωγικές χώρες, καλύπτοντας το 17% της παγκόσμιας παραγωγής. Η παραγωγική διαδικασία λαμβάνει χώρα σε ελαιοτριβεία φυγοκεντρικού τύπου τριών φάσεων και δύο φάσεων. Στην πρώτη περίπτωση, παράγονται τρεις εκροές, το ελαιόλαδο, το υγρό απόβλητο και η παχύρευστη ελαιοπυρήνα. Στη δεύτερη περίπτωση, εκτός από το ελαιόλαδο προκύπτει και ένα παχύρευστο παραπροϊόν, η υγρή ελαιοπυρήνα. Τα παραπροϊόντα της ελαιοπαραγωγικής διαδικασίας, λόγω της απευθείας διάθεσης στο έδαφος ή στα ποτάμια ή στη θάλασσα, επιδρούν δυσμενώς και στο περιβάλλον λόγω του υψηλού οργανικού φορτίου και της τοξικής δράσης ορισμένων συστατικών τους. Για το λόγο αυτό υπάρχουν πολυάριθμες βιβλιογραφικές αναφορές σχετικές με μεθόδους επεξεργασίας του αποβλήτου, που αφορούν σε φυσικές, χημικές, βιολογικές μεθόδους, με τις τελευταίες να είναι πιο διαδεδομένες και να θεωρούνται πιο αποτελεσματικές. Η παρούσα μελέτη στοχεύει στην εκτίμηση του κινδύνου του ελαιουργικού αποβλήτου για το υδάτινο οικοσύστημα και της αποτελεσματικότητας τριών βιολογικών μεθόδων επεξεργασίας του, ως προς τη μείωση της τοξικότητας, με σκοπό την ασφαλή διάθεση στο περιβάλλον. Πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις των φυσικοχημικών παραμέτρων των απορροών που προέκυψαν από την επεξεργασία του αποβλήτου με τον μύκητα Pleurotus ostreatus, καθώς και από την αναερόβια επεξεργασία σε αντιδραστήρες για παραγωγή υδρογόνου και μεθανίου. Η αποτελεσματικότητα των μεθόδων ελέγχθηκε μέσω της οικοτοξικολογικής προσέγγισης με τη χρήση των μικροβιοτεστ Thamnotoxkit F και Daphtoxkit FTM pulex και του τεστ τοξικότητας με έμβρυα ιχθύος (Danio rerio). Θα πρέπει να επισημανθεί ότι ανάλογη ολοκληρωμένη μελέτη τοξικότητας των αποβλήτων των ελαιουργείων δεν έχει γίνει στη χώρα μας, γεγονός που καθιστά την όλη προσπάθεια ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα. Λήφθηκαν 7 δείγματα ανεπεξέργαστου ελαιουργικού αποβλήτου, 16 δείγματα από την επεξεργασία με P. ostreatus, 50 δείγματα από τον αναερόβιο αντιδραστήρα για παραγωγή υδρογόνου και 25 από τον αντιδραστήρα για παραγωγή μεθανίου. Η επίπτωση του ελαιουργικού αποβλήτου στα υδάτινα οικοσυστήματα και συγκεκριμένα σε ποτάμι, πραγματοποιήθηκε με την εφαρμογή της μεθοδολογίας για την εκτίμηση κινδύνου, μέσω του λόγου RQ (Risk Quotient) από όπου προέκυψε ότι ο κίνδυνος είναι ιδιαίτερα υψηλός. Η φυσικοχημική ανάλυση των δειγμάτων έδειξε υψηλές τιμές στις παραμέτρους που αναλύθηκαν, ακόμα και μετά την επεξεργασία, καθώς και μεγάλη διακύμανση αυτών σε δείγματα της ίδιας κατηγορίας. Από τους ελέγχους τοξικότητας που εφαρμόστηκαν, υπολογίσθηκαν οι τιμές τοξικότητας LC50 και εν συνεχεία οι τοξικές μονάδες (ΤU). Μέσω αυτών, το ελαιουργικό απόβλητο κατατάσσεται στην κατηγορία «πολύ τοξικό» (D. pulex) και «εξαιρετικά τοξικό» (Τ. platyurus και D. rerio), με τιμές ΤU να κυμαίνονται από 60,2 – 330,9. Η τοξικότητα συνδέεται άμεσα με τις φαινόλες, τα νιτρώδη, τα αμμωνιακά, τις τανίνες, τα θειικά ιόντα, τα ολικά χλωριόντα και τα ολικά διαλυμένα στερεά. Η απορροή της πρώτης μεθόδου επεξεργασίας (με P. ostreatus), είχε μειωμένες συγκεντρώσεις φαινολικών και τανίνων και υψηλές εκείνες των υπόλοιπων παραμέτρων. Σύμφωνα με τους ελέγχους τοξικότητας με Daphtoxkit pulex και Thamnotoxkit, αυτή συσχετίζεται με τα αμμωνιακά, τις φαινόλες και τα ολικά διαλυμένα στερεά, ενώ στα zebrafish δεν εμφάνισαν συσχέτιση. Η απορροή χαρακτηρίστηκε «πολύ τοξική» (TU = 52,4 – 91,5). Στην αναερόβια επεξεργασία για παραγωγή υδρογόνου χρησιμοποιήθηκαν δύο τύποι αποβλήτου: υγρό απόβλητο από ελαιοτριβείο τριών φάσεων και ελαιοπολτός από ελαιοτριβείο δύο φάσεων. Οι έλεγχοι τοξικότητας με τα καρκινοειδή χαρακτήρισαν και τους δύο τύπους απορροών «πολύ τοξικές» (TU = 26,8 – 68,7) ενώ με το zebrafish το υγρό απόβλητο κρίθηκε «εξαιρετικά τοξικό» (TU = 132,2) και ο ελαιοπολτός «πολύ τοξικός» (TU = 73,5). Η D. pulex επηρεάστηκε από τα ιόντα NO-3, NO-2 , SO-24 , Cl- και το COD του υγρού αποβλήτου, ενώ υπήρξε συσχέτιση με όλους τους παράγοντες του ελαιοπολτού εκτός του COD. Οι τιμές του COD συσχετίστηκαν με τις τιμές τοξικότητας του Thamnotoxkit και στους δύο τύπους απορροών, ενώ το zebrafish εμφάνισε ευαισθησία έναντι των νιτρωδών, νιτρικών, αμμωνιακών και χλωριόντων του υγρού αποβλήτου και μόνο στις συγκεντρώσεις των φαινολικών του ελαιοπολτού. Κατά την αναερόβια επεξεργασία για παραγωγή μεθανίου οι έλεγχοι τοξικότητας κατέταξαν την απορροή στην κατηγορία «πολύ τοξική» (TU = 23,9 – 45,5). Οι τιμές τοξικότητας του Daphtoxkit συσχετίστηκαν με τα νιτρικά, τα αμμωνιακά, το pH και την αγωγιμότητα, ενώ οι τιμές που προέκυψαν από το Thamnotoxkit επηρεάστηκαν από τις φαινόλες, τις τανίνες και τις λιγνίνες. Και σε αυτή την περίπτωση, το zebrafish, δεν φάνηκε να επηρεάζεται από τις παραμέτρους που αναλύθηκαν. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των ελέγχων με zebrafish, που ήταν το πιο ευαίσθητο είδος, η τοξικότητα της απορροής μειώθηκε σε σχέση με το ανεπεξέργαστο απόβλητο κατά 60% στην επεξεργασία με μύκητα, 65% στην αναερόβια χώνευση για παραγωγή υδρογόνου και 86% στην αναερόβια χώνευση για παραγωγή μεθανίου. Ωστόσο η εκροή παραμένει στη «πολύ τοξική» κατηγορία ώστε να μην θεωρείται ασφαλής για διάθεση στο περιβάλλον. Παράλληλα, πραγματοποιήθηκε ανίχνευση μικροβιακών πληθυσμών στο ελαιουργικό απόβλητο και στο αναερόβια επεξεργασμένο για παραγωγή υδρογόνου. Ανιχνεύτηκαν τόσο οργανισμοί που αποδομούν τις φαινολικές ενώσεις (Pseudomonas aeruginosa) όσο και παθογόνοι (Citrobacter, Enterobacter clocae, Aeromonas hydrophila, Pseudomonas sp.), οι οποίοι εμφάνισαν συσχέτιση με τα αποτελέσματα των ελέγχων τοξικότητας με zebrafish, ερμηνεύοντας σε κάποιο βαθμό την ευαισθησία του είδους. Εμφανίστηκαν διαφορές μεταξύ των μικροβιακών πληθυσμών στους δύο τύπους αποβλήτου, με μόνο κοινό είδος το Enterobacter clocae. Τέλος, με τη χρήση της ατομικής απορρόφησης ανιχνεύτηκαν βαρέα μέταλλα, τα οποία θεωρείται ότι προκάλεσαν τις παρατηρηθείσες δυσμορφίες στα έμβρυα του zebrafish μετά από έκθεση 7 ημερών, όπως έλλειψη χρώσης και σκελετικές δυσμορφίες. Οι μέσοι όροι των συγκεντρώσεων των βαρέων μετάλλων στα δείγματα κυμάνθηκαν μεταξύ 3,645 – 6,074 μg Hg/l, 0,488 – 1,017 mg Cu/l, 0,137 – 0,712 mg Mn/l, 0,190 – 3,198 mg Zn/l, 0,205 – 0,505 mg Cr/l, μη ανιχνεύσιμο - 0,106 mg Cd/l και 0,135 – 0,271 mg Pb/l. Συμπεραίνεται ότι η τοξικότητα των απορροών προκαλείται από συνδυασμό παραμέτρων, μεταξύ των οποίων περιλαμβάνονται οι φαινόλες, οι τανίνες, τα αμμωνιακά, τα νιτρικά και τα νιτρώδη. Εκτός αυτών όμως, εκτιμάται ότι συνεισφέρουν στην τοξικότητα και οι μικροβιακοί πληθυσμοί αλλά και τα βαρέα μέταλλα. Οι αναφερθείσες μέθοδοι επεξεργασίας αποδεικνύονται ιδιαίτερα αποτελεσματικές στη μείωση της τοξικότητας του ελαιουργικού αποβλήτου, με τη μέθοδο της αναερόβιας χώνευσης για παραγωγή μεθανίου να αναδεικνύεται η πιο αποτελεσματική. Ωστόσο η μείωση αυτή δεν είναι αρκετή για να καταστήσει την εκροή ασφαλή για απόρριψη σε υδάτινα οικοσυστήματα. Τέλος, η παρούσα μελέτη προσφέρει νέα δεδομένα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν από την επιστημονική κοινότητα για την αναζήτηση και ανάπτυξη περιβαλλοντικά φιλικότερων μεθόδων επεξεργασίας των συγκεκριμένων αποβλήτων, αλλά και εργαλεία στους αρμόδιους θεσμικούς φορείς για τη συστηματική παρακολούθηση και τον έλεγχο των επιπτώσεων σύνθετων αποβλήτων στο περιβάλλον. / Greece is one of the major olive oil producing countries, covering 17% of the worldwide production. In the recent years, the productive process takes place in centrifugal type olive oil mills of three phases and two phases. In the first case, three outflows are produced, the olive oil, the liquid wastewaters and oil-stone. In the second case, apart from olive oil, the by-product is a semi-solid waste called olive pulp. The by-products of the olive oil process provoke serious repercussions to the environment from the uncontrolled disposal to the soil and to the rivers or to the sea, because of the high organic load and the especially toxic action of certain components. For this reason many bibliographic reports exist regarding treatment methods of this waste, which include physical, chemical and biological methods, with the last to be considered more effective. The present study aims to the risk assessment of olive oil mill wastewaters (OMW) posed to aquatic ecosystems and to the estimation of the effectiveness of three biological treatment methods regarding the reduction of toxicity, driving to safe environmental disposal. Analyses of the physicochemical characteristics were conducted for the effluents that resulted from the treatment of the waste with the white rot fungus Pleurotus ostreatus, as well as from the anaerobic treatment in reactors for hydrogen and methane production. The effectiveness of the aforementioned methods was validated via the ecotoxicological approach with the use of the two microbiotests Thamnotoxkit F and Daphtoxkit FTM pulex and the embryo toxicity test of the zebrafish Danio rerio. It must be noted that a similar integrated study has not been conducted not only in Greece but worldwide, a fact rendering the whole effort especially interesting. Seven (7) samples of the untreated OMW were collected from a three phase system, 16 samples from the outflow of the treatment with P. ostreatus, 50 samples from the anaerobic reactor for hydrogen production and 25 samples from the methane producing reactor. The repercussion of OMW to the aquatic ecosystems and specifically to a river, was realised with the application of the risk assessment methodology, via the Risk Quotient (RQ). The results indicate that the risk is quite high seasonally. The physicochemical analyses of the samples revealed high values in the parameters that were analyzed, even after the treatments, as well as a high deviation of the values, even in samples of the same category. The toxicity test results were expressed in LC50 values according to the test protocols that were transformed to toxic units (TU), in order to categorize the samples. The untreated samples were classified in the category “very toxic” (against D. pulex) and “extremely toxic” (against T. platyurus and D. rerio), with TU values that oscillated from 60,2 - 330,9. The toxicity appears to be influenced considerably by phenols but also by nitrates, ammonium, tannins, the sulphuric ions, total chlorine and total dissolved solids. The first treatment method (with P. ostreatus), resulted in an effluent with decreased concentrations of phenols and tannins, but the remaining toxic parameters had high values. The results of the toxicity tests with Daphtoxkit pulex and Thamnotoxkit were correlated with ammonium, phenols and total dissolved solids, while zebrafish were not cross-correlated. The outflow was characterized as “very toxic”, while the TU oscilated from 52,4 - 91,5. In the anaerobic treatment for hydrogen production two types of wastes were used: liquid wastewaters and olive pulp from a three phase and two phase olive oil mill respectivelly. Toxicity tests with the crustaceans characterized the two types of outflows as “very toxic” (TU = 26,8 - 68,7) while according to the zebrafish test only the liquid wastewater was assessed as “exceptionally toxic” (TU = 132,2) whereas the olive pulp as “very toxic” (TU = 73,5). D. pulex was influenced by ions such as NO-3, NO-2 , SO-24 , Cl- and COD from the treated OMW, whereas all parameters from the olive pulp revealed good correlation to D. pulex with the exception of COD. The results from the Thamnotoxkit test correlated with COD in both types of effluents, while zebrafish presented a sensitivity against the concentrations of nitrates, nitrites, ammonium and chlorine. In the case of anaerobic treatment for the production of methane the toxicity tests classified the outflow in the category “very toxic” (TU = 23,9 - 45,5). The toxicity values of Daphtoxkit were correlated with nitrites, ammonium, pH and conductivity, while the values that resulted from Thamnotoxkit were influenced by phenols, tannins and lignin. Also in this case, zebrafish, it did not appear to be influenced from the analyzed parameters. According to the results of the zebrafish tests that were the most sensitive, the toxicity of the treated effluents was decreased compared to that of the untreated wastewaters, by 60% in the treatment with the white rot fungi, 65% in the anaerobic reactor for hydrogen production and 86% in the anaerobic reactor for the production of methane. All outflows however remain in the “very toxic” category so they are not considered acceptable for environmental disposal. In addition to the above, microbial populations in the untreated OMW and in the effluent from the anaerobic processe for hydrogen production were detected. Organisms that degrade phenolic compounds were detected (Pseudomonas aeruginosa), as well as others that are considered as pathogens (Citrobacter sp., Enterobacter clocae, Aeromonas hydrophila, Pseudomonas sp.). The later presented cross-correlation with the results of the zebrafish toxicity tests, interpreting in some degree the sensitivity of the species. The microbial flora was differentiated between the untreated and treated effluent presenting only one common species, namely Enterobacter clocae. Finally, heavy metals were detected in all outflows, which are considered to cause malformations that were observed in this study in zebrafish embryos after a 7-day test. These included lack of pigmentation and spinal deformities. The mean values oscillated between 3,645 - 6,074 μg Hg/l, 0,488 - 1,017 mg Cu/l, 0,137 - 0,712 mg Mn/l, 0,190 - 3,198 mg Zn/l, 0,205 - 0,505 mg Cr/l, not detected- 0,106 mg Cd/l and 0,135 - 0,271 mg Pb/l. In conclusion, the toxicity of the analyzed samples was caused by a combination of parameters, which included phenols, tannins, ammonium, nitrites and nitrates. However, besides these, the microbial populations but also the heavy metals that were detected probably contribute to the observed toxicity. The particular treatment methods proved to be especially effective in the reduction of toxicity of olive oil mill wastewaters, but the reduction is not capable to render the outflow as safe for disposal in aquatic ecosystems. Finally, the current study offers data that could be utilized by the relative scientists in order to develop more environmentally friendly methods for the treatment of this specific effluents and additionally provides tools to the government officials for the systematic monitoring and controlling of such complex and hazardous effluents.

- / -

Efluentes contaminados por lixiviados de resíduos sólidos urbanos (LRSU), proveniente de aterros sanitários, ou a drenagem ácida de minas (DAM), originados pela oxidação da pirita em rejeitos de carvão, são problemas atuais em termos de impacto ambiental, especialmente na região do Município de Butiá, no Estado do Rio Grande do Sul. O tratamento destes efluentes, via de regra, é bastante oneroso, mas necessário, uma vez que a liberação in natura destas fontes poluidoras pode ser responsável pela degradação severa do ambiente. Em geral, metodologias convencionais de tratamento (como a precipitação/sedimentação, no caso da DAM, e processos biológicos, no caso do LRSU) mostram-se economicamente custosas ou tecnicamente deficientes. Frente a este desafio, esta pesquisa baseou-se na avaliação do tratamento conjunto de DAM e LRSU, via homogeneização, a fim de diminuir custos tradicionais decorrentes. O processo consiste no aproveitamento da alcalinidade do LRSU para neutralizar a acidez da DAM. Ao mesmo tempo, o ferro e o alumínio presentes na DAM permitem a coagulação dos sólidos suspensos, removendo uma significativa carga de poluentes. Resultados obtidos em laboratório no tratamento inicial destes efluentes permitiram uma significativa redução de carga orgânica, nutrientes, metais pesados e bactérias do grupo coliforme. O efluente final apresentou redução na carga lançada de 100% para sólidos suspensos, 36% para DBO, 56% para DQO, 11% para N, 72% para Fe, 73% para Al e 9% para Mn, atenuando suas características iniciais em consonância a alguns padrões de emissão de efluentes líquidos estabelecidos para o Estado do Rio Grande do Sul (Resolução número 128/2006 do CONSEMA). / Municipal landfills wastewaters (MLW) and acid mine drainages (AMD) from coal mines are environmental issues faced, in special case at the city of Butia, in Rio Grande do Sul State. The treatment of such effluents is necessary to avoid undesirable environmental degradation. The conventional treatment techniques (e.g. chemical neutralization for DAM and biological processes for municipal landfills wastewaters) are costly and sometimes inefficient. This work considered a new alternative based in the combined treatment of MLW and AMD. The alkalinity of MLW can neutralize the acidity of the AMD while the iron and aluminum present in the AMD allow the coagulations of the suspended solids of the MLW, reducing considerably the amount of pollutants. The initial results obtained at laboratory scale allowed the reduction of organic load, nutrients, heavy metals and bacteria. The final effluent showed reduction at the charge reaching 100% to solids in suspension, 36% to BOD, 56% to COD, 11% to N, 72% to Fe, 73% to Al e 9% to Mn, without addiction of coagulations polymers, and improving its characteristics considering the emission standards established in the Rio Grande do Sul State, Brazil (Resolution number 128/2006 from CONSEMA).

Made available in DSpace on 2015-05-07T14:49:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 991886 bytes, checksum: b2a23283e6671d15e111f946866efab9 (MD5) Previous issue date: 2006-02-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This research was accomplished with the purpose of studying the acting of a process developed for environmental disinfection, contributing for disinfection of wastewaters from anaerobic treatment systems of sanitary sewers. This process used the heterogeneous photocatalysis, that consists of the oxidation of organic pollutants through the generation of radicals hidroxila ( OH), highly oxidizers, which is gotten with the aid of a semiconductor and a UV radiation source. The semiconductor was the titanium dioxide (TiO2) and the source of energy from artificial luminous source (UV lamp) and natural (Sun) of ultraviolet radiation. Two types of reactors were used: a reactor type concentric tubes containing a 15W bactericidal UV lamp inside, treating wastewaters coming of two systems: UASB and Anaerobic Filter of Chicanes, with a flow of recirculation of 72 L.h-1 for 2 hours. In this reactor was made experiments with and without TiO2 in suspension. And a TiO2 impregnated plate reactor, treating wastewater of the anaerobic filter of chicanes, working in four different flow of recirculation: 13,2L.h-1, 25L.h-1, 42L.h-1 and 75L.h-1, for 4 hours of exposed to the sunlight. For both were evaluated the removal efficiencies of the fecal contamination indicative microorganisms - thermotolerants coliforms, and the rate of bacterial inativation through the study of the kinetic constant (k) and analyzed the physical and chemical parameters corresponding to the variation of the temperature, pH, electric conductivity (CE), total alkalinity and to bicarbonate, total nitrogen Kjeldahl (TNK), ammonia (NH3), total phosphor and orthophosphate, solids and your fractions, volatile greasiest acids (AGV) and removal of the organic matter (QDO). The kinetics study of the bacterial inativation (k) it revealed the best acting, in the concentric tubes reactor, for the experiment with photocatalysis using the anaerobic filter of chicanes wastewater. Already in the impregnated plate reactor, the best acting was observed in the 25L.h-1 flow, with 100% thermotolerants coliforms removed. The experiment with impregnated plate reactor it was shown efficient in the removal of the nitrogen compounds TNK and Ammonia. The smallest removal efficiency of thermotolerants coliforms of the UASB wastewater, in the concentric tubes reactor, was due to the high concentration of solids in suspension of the secondary wastewater, what block the uniformity of the UV radiation penetration. High evaporation rates, frequent in the experiments with the impregnated plate reactor, they caused increase in the final concentration of some parameters. The process of the heterogeneous photocatalysis is an efficient alternative method for the disinfection of tertiary wastewater with low concentration of solids in suspension / Esta pesquisa foi realizada com a finalidade de estudar o desempenho de um processo desenvolvido para descontaminação ambiental, contribuindo para a desinfecção de efluentes de sistemas de tratamento anaeróbio de esgotos sanitários. Este processo foi o da fotocatálise heterogênea, que consiste na oxidação de contaminantes orgânicos através da geração de radicais hidroxila ( OH), altamente oxidantes, e que é conseguido com o auxílio de um fotocatalisador, no caso um semicondutor, e uma fonte de radiação UV. O semicondutor utilizado foi o dióxido de titânio (TiO2) e a fonte de energia luminosa proveniente de fonte artificial (lâmpada UV) e natural (Sol) de radiação ultravioleta. Foram utilizados dois tipos de reatores: um reator do tipo tubos concêntricos contendo uma lâmpada UV germicida 15W em seu interior, tratando efluentes provenientes de dois sistemas: UASB e filtro anaeróbio de chicanas, com uma vazão de recirculação de 72 L.h-1 durante 2 horas, com os quais foram feitos experimentos com e sem a utilização do TiO2 em suspensão; e um reator de placa impregnada com TiO2, tratando efluente do filtro anaeróbio de chicanas, trabalhando em quatro diferentes vazões de recirculação: 13,2 L.h-1, 25 L.h-1, 42 L.h-1 e 75 L.h-1, durante 4 horas de exposição à luz solar. Para ambos os reatores foram avaliadas as eficiências de remoção dos microrganismos indicadores de contaminação fecal os coliformes termotolerantes, como também a taxa de inativação bacteriana através do estudo da constante cinética (k) e analisados os parâmetros físico e químicos correspondentes à variação da temperatura, pH, condutividade elétrica (CE), alcalinidade total e a bicarbonato, nitrogênio total Kjeldahl (NTK), nitrogênio amoniacal (NH3), fósforo total e ortofosfato, sólidos e suas frações, ácidos graxos voláteis (AGV) e remoção de matéria orgânica (DQO). O estudo da constante cinética de inativação bacteriana (k) revelou o melhor desempenho, no reator de tubos concêntricos, para o experimento com fotocatálise utilizando o efluente do filtro anaeróbio de chicanas. Já no reator de placa impregnada, o melhor desempenho foi observado na vazão de 25L.h-1, com 100% dos coliformes termotolerantes removidos. O experimento com o reator de placa impregnada mostrou-se eficiente na remoção dos compostos nitrogenados NTK e N-amoniacal. A menor eficiência de remoção de coliformes termotolerantes do efluente do reator UASB, no reator de tubos concêntricos, deveu-se à alta concentração de sólidos em suspensão do efluente secundário, o que impede a uniformidade da penetração da radiação UV. Elevadas taxas de evaporação, freqüentes nos experimentos com o reator de placa impregnada, provocaram aumento na concentração final de alguns parâmetros. O processo da fotocatálise heterogênea é um método alternativo eficiente para a desinfecção de efluentes terciários com baixa concentração de sólidos em suspensão

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro / O objetivo do presente trabalho foi investigar o desempenho de membranas comerciais e funcionalizadas na remoção de metais pesados de efluentes sintéticos, simulando os efluentes gerados pelas indústrias metal-mecânicas. As membranas funcionalizadas foram preparadas em laboratório a partir de diferentes poli (éter imidas) sulfonadas, SPEI, que apresentavam alta hidrofilicidade e capacidade de troca iônica. As permeabilidades hidráulicas das membranas de SPEI aumentaram com o grau de sulfonação. Porém, as rejeições foram ainda muito baixas comparadas as membranas comerciais. Por esta razão, algumas membranas comerciais (NF-90, SW30, HRP98PP e BW30LE) foram investigadas e avaliadas quanto ao comportamento da permeabilidade de água e o grau de rejeição a metais pesados. Os resultados mostraram que a membrana de osmose inversa de baixa energia (BW30LE) tinha o melhor fluxo de água (48,44 L/h.m2) e grau de rejeição a cádmio (98%). Logo, ela foi selecionada para o tratamento dos efluentes sintéticos de indústrias metal-mecânicas contendo níquel e zinco. As indústrias da região de Valencia, na Espanha, forneceram amostras de seus efluentes para análise quantitativa, possibilitando o prepararo de soluções sintéticas modelos. Os resultados foram obtidos variando algumas condições de permeação, tais como a força motriz, o pH e a concentração dos metais na solução de alimentação. Os resultados indicaram que o processo de osmose inversa com a membrana BW30LE é altamente adequado para o tratamento de efluentes contendo metais pesados / The presente work aims to investigate the performance of new functionalized membranes and commercial membranes for heavy metal removal from aqueous effluents. The functionalized membranes were prepared from different sulfonated polyetherimide, SPEI, exhibiting high hydrophilicity and ion exchange capacity. The water permeability of SPEI membranes increased with the sulfonation degree, but with lower saline rejection than commercial membranes. Therefore, commercial membranes (NF-90, SW30, HRP98PP and BW30LE) were used to investigate the relationship between the water permeability and the metals retention. The highest water flux (48.44 L/h.m2) and cadmium rejection (98%) were observed using a reverse osmosis membrane (BW30LE). Then, it was selected to investigate the permeation of a synthetic wastewater containing nickel and zinc as poluted elements. The synthetic solutions were prepared considering samples supplied by industries in the Valencia region, in Spain, which were analyzed quantitatively. The permeation results showed that the membrane performance changed with the driven force (pressure), the pH solution and the metals concentration. The BW30LE membrane showed the best performance for removal of heavy metal in the wastewater treatment