Πειραματική διερεύνηση του βαθμού εξουδετέρωσης ανθεκτικών στα αντιβιοτικά βακτηρίων κατά τη χλωρίωση δευτεροβάθμια και τριτοβάθμια επεξεργασμένων λυμάτων

Κόη, Αγγελική-Μαρία; Koi, Angeliki-Maria

dc.contributor.author	Κόη, Αγγελική-Μαρία	el
dc.contributor.author	Koi, Angeliki-Maria	en
dc.date.accessioned	2024-06-17T11:14:19Z
dc.date.available	2024-06-17T11:14:19Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/59733
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.27429
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υδατικών Πόρων”
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/gr/	*
dc.subject	Απολύμανση λυμάτων	el
dc.subject	Ανθεκτικότητα βακτηρίων	el
dc.subject	Αντιβιοτικά	el
dc.subject	Επεξεργασία λυμάτων	el
dc.subject	Wastewater disinfection	en
dc.subject	Resistant bacteria	en
dc.subject	Antibiotics	en
dc.subject	Wastewater engineering	el
dc.title	Πειραματική διερεύνηση του βαθμού εξουδετέρωσης ανθεκτικών στα αντιβιοτικά βακτηρίων κατά τη χλωρίωση δευτεροβάθμια και τριτοβάθμια επεξεργασμένων λυμάτων	el
dc.title	Experimental investigation on the neutralization degree of antibiotic-resistant bacteria during chlorination using secondary and tertiary treated wastewater	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Υγειονομική τεχνολογία	el
heal.classification	Sanitary engineering	en
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-03-07
heal.abstract	Η μικροβιακή αντοχή (AMR) αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους κινδύνους που απειλούν την δημόσια υγεία τα τελευταία χρόνια. Η αδιάκριτη χρήση των αντιβιοτικών και η απελευθέρωσή τους στα υδάτινα συστήματα, προκαλεί την ανάπτυξη βακτηρίων ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά (ARB) και γονιδίων ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά (ARGs). Τα ARB και ARGs χαρακτηρίζονται ως αναδυόμενοι ρύποι και οδηγούν σε παγκόσμια προβλήματα υγείας. Οι συμβατικές εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων αποτελούν την κύρια πηγή ARB σε φυσικά υδάτινα σώματα. Οι εγκαταστάσεις βιολογικής επεξεργασίας αποτελούν μια δεξαμενή βακτηρίων που φιλοξενούν δυνητικά τα βακτήρια ανθεκτικότητας. Η χρήση των τεχνητών υγροβιότοπων (CWs) παρέχεται ως μια χαμηλού κόστους και βιώσιμη λύση για την επεξεργασία των λυμάτων, όσον αφορά την απομάκρυνση θρεπτικών ουσιών, παθογόνων και ARB, είτε ως αυτόνομη διαδικασία επεξεργασίας είτε όταν ενσωματώνεται με συμβατικά συστήματα επεξεργασίας. Επιπλέον, η χλωρίωση, μια ευρέως χρησιμοποιούμενη διαδικασία, ως μέθοδος απολύμανσης, διερευνάται εκτενώς ως προς την αποτελεσματικότητα της για την απομάκρυνση των ARB και ARG τα τελευταία χρόνια. Στη παρούσα εργασία, συλλέχθηκαν δείγματα αστικών λυμάτων, κατά τη χειμερινή και την ανοιξιάτικη περίοδο, 2022-23, από 2 εγκαταστάσεις επεξεργασίας, με διαφορετικά στάδια επεξεργασίας. Στα δείγματα ανεπεξέργαστων, επεξεργασμένων και τελικών εκροών αναλύθηκαν, η παρουσία ανθεκτικών E.coli σε 5 αντιβιοτικά (αμοξυκιλλίνη, αμπικιλλίνη, ερυθρομυκίνη, τετρακυκλίνη, σιπροφλοξασίνη) καθώς και η παρουσία ολικών κολοβακτηριδίων. Στα επεξεργασμένα δείγματα, πραγματοποιήθηκε πειραματική διερεύνηση του βαθμού εξουδετέρωσης των ανθεκτικών στα αντιβιοτικά βακτηρίων κατά τη χλωρίωση. Τα επεξεργασμένα λύματα, συγκρίθηκαν με πολλαπλές δόσεις χλωρίου και σταθερό χρόνο επαφής (30 λεπτά), για την απομάκρυνση των ARB στην αμπικιλλίνη, τετρακυκλίνη, σιπροφλοξασίνη και ερυθρομυκίνη. Η βιολογική δευτεροβάθμια επεξεργασία με ενεργό ιλύ επιτυγχάνει απομάκρυνση των πληθυσμών TC, E.coli και ARB με μείωση 2-3 log, και 98,97 – 100 % απομάκρυνση. Σημειώνεται ότι δεν παρατηρείται απομάκρυνση κατά την πρωτοβάθμια καθίζηση. Η εγκατάσταση UASB-CWs, απομακρύνει 0,8-1,3 log με το σύστημα UASB και με τον τεχνητό υγροβιότοπο 2,3-3,3 log. Στην εγκατάσταση UASB-CWs, μετρήθηκε συνολική απομάκρυνση 3 – 4.5 log με ποσοστιαία απομάκρυνση 99,89 – 100%. Σημειώνεται ότι σε ορισμένα δείγματα πραγματοποιήθηκε πλήρης απομάκρυνση (100%) των ARB σε αμπικιλλίνη και τετρακυκλίνη. Τα μεγαλύτερα ποσοστά ανθεκτικότητας σημείωσαν τα ARB στην ερυθρομυκίνη, στην αμπικιλλίνη και στην αμοξυκιλλίνη που αποτελούσαν το 13%-50% των E.coli στα στάδια επεξεργασίας. Μικρότερα ποσοστά παρουσίας εμφάνισαν τα ARB στην τετρακυκλίνη και την σιπροφλοξασίνη. Στα δείγματα της βιολογικής επεξεργασίας, τα ποσοστά μειώνονταν στην έξοδο της εγκατάστασης. Στα δείγματα της εγκατάστασης UASB – CWs, μόνο το ένα δείγμα ακολούθησε αυτή τη μείωση, καθώς στο δεύτερο δείγμα, ορισμένα βακτήρια παρουσίασαν αύξηση του ποσοστού ανθεκτικότητας (ερυθρομυκίνη από 13% σε 49% και αμοξυκιλλίνη από 10% σε 16%). Για τα δείγματα από την εγκατάσταση της βιολογικής επεξεργασίας με ενεργό ιλύ τα εξεταζόμενα Ct ήταν 30, 35, 50 (mg Cl2 min/L) και για τα δείγματα της εγκατάστασης UASB - CWs με Ct 15, 20 (mg Cl2 min/L). Η απομάκρυνση για τους πληθυσμούς TC παρατηρήθηκε σε 1,4 - 3,3 log. Μέσω της αύξησης του Ct (mg Cl2 min/L), προκαλείται αύξηση της απομάκρυνσης του πληθυσμού E.coli και ARB. Επιπλέον, το ποσοστό απομάκρυνσης στους πληθυσμούς E.coli και ARB που επιτεύχθηκε μέσω της διαδικασίας της χλωρίωσης αναλογούσε από 2-4 log με Ct 35 mg Cl2 min/L έως 4 log με Ct 50 mg Cl2 min/L. Για την εγκατάσταση UASB-CWs, παρατηρείται ότι με Ct 20 mg Cl2 min/L επιτυγχάνεται πλήρης απομάκρυνση 3-4 log. Αντίστοιχα, για την εγκατάσταση της βιολογικής επεξεργασίας η απομάκρυνση είναι εμφανής στο Ct 50 mg Cl2 min/L. Στα δείγματα από την εγκατάσταση της βιολογικής επεξεργασίας, παρατηρήθηκε πλήρης απομάκρυνση για ARB στην τετρακυκλίνη στα Ct 50 και 35 mg Cl2 min/L. Στα δείγματα από την εγκατάσταση UASB-CWs παρατηρείται πλήρης απομάκρυνση για όλα τα ARB στο πείραμα με Ct 20 mg Cl2 min/L. Στο δείγμα με Ct 15 mg Cl2 min/L, παρατηρείται πλήρης απομάκρυνση για ARB στην τετρακυκλίνη. Επιπλέον, για την κατανόηση της μεταφοράς και παρουσίας ανθεκτικότητας στο περιβάλλον, πραγματοποιήθηκε πείραμα ανακαλλιέργειας για τους πληθυσμούς των E.coli και των ARB στην αμπικιλλίνη. Σημειώνεται ότι παρατηρήθηκε αύξηση των πληθυσμών των ανθεκτικών βακτηρίων στα δείγματα από τις εξεταζόμενες εγκαταστάσεις (Cr/Ct >1). Τέλος, σημειώνεται ότι οι τιμές των E.coli για τα εξεταζόμενα Ct (mg Cl2 min/L), εμπίπτουν στα όρια της νομοθεσίας για περιορισμένη άρδευση, και οι τιμές στο πείραμα Ct 50 mg Cl2 min/L, εμπίπτουν στα όρια της Ευρωπαϊκής νομοθεσίας (κατηγορία Α). Η παρούσα εργασία, θέτει την ανάγκη καλύτερης κατανόησης της απόδοσης των τεχνολογιών επεξεργασίας (τόσο των συμβατικών συστημάτων όσο και των CW) και της χλωρίωσης, ως μέθοδος απολύμανσης, για τη μείωση των ARB από τα λύματα. Τα επεξεργασμένα λύματα διατίθενται στους υδάτινους αποδέκτες και άμεσα ή έμμεσα έρχονται σε επαφή με τον άνθρωπο και ως εκ τούτου, είναι σημαντικό να ερευνηθούν τα προβλήματα που σχετίζονται με την παρουσία AMR στα επεξεργασμένα λύματα και στις πιθανές στρατηγικές διαχείρισής τους.	el
heal.abstract	Antimicrobial resistance (AMR) is one of today’s most important concerns of public health. Indiscriminate use of antibiotics and their release into the water bodies have been known to afflict the bacterial population of the ecosystem and cause the development of antibiotic resistance bacteria (ARB) and antibiotic resistance genes (ARGs). Antibioticresistant bacteria and genes are emerging contaminants leading to severe worldwide health problems. Conventional wastewater treatment plants provide a pathway for ARB to be released into natural water bodies. WWTPs based on activated sludge used in sewage treatment, constitute an important reservoir of enteric bacteria which harbor potentially transferable resistance bacteria. The use of constructed wetlands (CWs) has the potential to provide a low-cost solution for wastewater treatment, with respect to removal of nutrients, pathogens, ARB, either as a standalone treatment process or when integrated with conventional treatment systems. Additionally, chlorination, a widely used procedure, as a disinfection method, was extensively explored for its efficiency to remove ARB and ARGs, in recent years. In this study, domestic wastewater samples were collected from 2 WWTPs, differing on the dimensions and bio-treatment processes. These samples were compared, in winter and spring seasons, during 2022-23. The occurrence of E.coli resistant to 5 antibiotics (amoxicillin, ampicillin, erythromycin, tetracycline, ciprofloxacin) as well as the presence of total coliforms were analyzed in untreated, treated, and final effluent wastewater samples. To enrich the analyses of chlorination, an experimental investigation was made, on the neutralization degree of antibiotic-resistant bacteria during chlorination, using secondary and tertiary treated wastewater. With multiple dosage of chlorine (1, 1.5, 2, 3 mg Cl2/L) and constant contact time at 30 min, samples were compared for the loads of amoxicillin-, tetracycline, ciprofloxacin, and erythromycin -resistant bacteria in the treated effluents. Secondary treatment with activated sludge, achieves removal of TC, E.coli and ARB with 2-3 log reduction, and 98.97 – 100 % removal. It is noted that no removal was observed during the primary sedimentation. In the UASB a removal of 0.8-1.3 log is observed, and a greater removal in the constructed wetland with 2.3-3.3 log. At UASBCWs system, a removal of 3 – 4.5 log was observed with 99.89 – 100% removal. It is noted that a complete removal (100%) of the ampicillin and tetracycline ARBs was performed. The highest rates of resistance marked ARBs in erythromycin, ampicillin and amoxicillin which constituted 13%-50% of E.coli. ARBs in tetracycline and ciprofloxacin showed lower percentages of presence. In the biological treatment, the rates decreased at the effluents. In samples from the UASB – CWs system, only one sample followed thisreduction, as in the second sample, some bacteria showed an increase in the rate of resistance (erythromycin from 13% to 49% and amoxicillin from 10% to 16%). In the examined samples, the general parameters were analyzed without showing extreme values. For the biological treatment plant with activated sludge samples, tested Ct were 30, 35, 50 (mg Cl2 min/L) and for the UASB - CWs system samples, tested Ct were 15, 20 (mg Cl2 min/L). The removal, in the chlorinated samples, for the TC populations was observed at 1.4 - 3.3 log. By increasing Ct (mg Cl2 min/L), an increase in the removal of E.coli and ARB population is caused. In addition, the removal of E.coli and ARB populations achieved through the chlorination process ranged from 2-4 log (Ct 35 mg Cl2 min/L) 4 log (Ct 50 mg Cl2 min/L). For the UASB-CWs system, it is observed that with Ct 20mg Cl2 min/L, a complete removal is achieved (3-4 log). Accordingly, for the biological treatment plant, the removal is occurring with Ct 50 mg Cl2 min/L. In samples from the biological treatment plant, a complete removal was observed for ARBs in tetracycline at Ct 50 and 35 mg Cl2 min/L. Samples from the UASB-CWs system showed complete removal for all ARBs with Ct 20 mg Cl2 min/L. In the sample with Ct 15 mg Cl2 min/L, complete removal is observed only for ARBs in tetracycline. In addition to understanding the transfer of resistance in the environment, a regrowth experiment was performed for E.coli and ARB populations in ampicillin. It is noted that an increase in ARB populations was observed in samples from both systems. It is noted that the values for the examined Ct (mg Cl2 min/L) fall within the limits of the legislation for limited irrigation, and the experiment Ct (50 mg Cl2 min/L), fall within the limits of the European legislation (category A). The present study promotes a better understanding of the performance efficiency of treatment technologies (both conventional systems and CWs) and chlorination as a disinfection method, for the reduction of ARB from wastewater. The treated effluents from WWTPs are discharged into water bodies and can directly or indirectly affect the population of any region. Therefore, it is essential to focus on the problems associated with the AMR present in the treated effluent and their possible mitigation strategies.	en
heal.advisorName	Μαμάης, Δανιήλ	el
heal.committeeMemberName	Μαμάης, Δανιήλ	el
heal.committeeMemberName	Νουτσόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Χονδρός, Μιχαήλ	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	200 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false