title: Βιοεξύγιανση εδαφών ρυπασμένων με αντιμόνιο (Sb-III)
title: Bioremediation of antimony contaminated soils 

Creators: name: Μονογυιου Σοφια
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2024

description: Η ρύπανση του εδάφους από βαρέα μέταλλα αποτελεί ένα από τα πιο σημαντικά προβλήματα παγκοσμίως και για αυτό το λόγο η αποκατάσταση των ρυπασμένων εδαφών είναι μείζονος σημασίας. Οι τεχνολογίες της βιοεξυγίανσης και φυτοεξυγίανσης, εφαρμόζονται ευρέως λόγω της συμβολής τους στην αποκατάσταση εδαφών από τοξικούς ρύπους. Αυτές οι μέθοδοι, βασίζονται στη χρήση μικροοργανισμών και φυτών, με απώτερο σκοπό την απομάκρυνση ή μετατροπή των ρύπων σε λιγότερο τοξικές μορφές. Έχει αποδειχθεί, ότι μία ακόμα τεχνολογία, αυτή των νανοφυσαλίδων οξυγόνου (O2NBs), μπορεί να λειτουργήσει ευεργετικά σε συνδυασμό με τις παραπάνω μεθόδους λόγω της αποτελεσματικότερης παροχής οξυγόνου που επιδρά θετικά στην ανάπτυξη των μικροοργανισμών και των φυτών. Στόχος της διπλωματικής εργασίας, είναι η απορρύπανση εδαφών ρυπασμένων με αντιμόνιο, με τις μεθόδους βιοεξυγίανσης και φυτοεξυγίανσης υπό ελεγχόμενες συνθήκες. 
Τα εξεταζόμενα εδάφη στο πείραμα της βιοεξυγίανσης, προέρχονται από τρία διαφορετικά πεδία βολής στην Ελβετία με τρεις διαφορετικές συγκεντρώσεις αντιμονίου (χαμηλή, μεσαία και υψηλή). Τα συγκεκριμένα εδάφη περιέχουν και υψηλές συγκεντρώσεις σιδήρου και μαγγανίου. Εκτελέστηκαν προκαταρκτικά πειράματα  για το κάθε χώμα, με και χωρίς την παρουσία βακτηρίων, και με και χωρίς τη χρήση νανοφυσαλίδων οξυγόνου, ενώ με τη χρήση βιοαντιδραστήρα μελετήθηκε μόνο το χώμα με την υψηλότερη συγκέντρωση αντιμονίου το οποίο επιλέχθηκε λόγω της αποτελεσματικότερης απομάκρυνσης του αντιμονίου στα προκαταρκτικά πειράματα. Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι ο εμβολιασμός με βακτήρια είχε σημαντική επίδραση στην αποκατάσταση του εδάφους καθώς βρέθηκε ότι κινητοποιήθηκε περίπου το 75% του αρχικού αντιμονίου. Οι νανοφυσαλίδες οξυγόνου βρέθηκαν ευεργετικές στις περιπτώσεις απουσίας βακτηρίων με το 66,4% του ρύπου να κινητοποιείται. Οι συγκεντρώσεις σιδήρου δεν επηρεάστηκαν σημαντικά, καθώς τα ποσοστό υπολειπόμενου σιδήρου στην υδατική φάση ήταν υψηλότερα στα πειράματα βιοαύξησης. Όσον αφορά τις συγκεντρώσεις μαγγανίου, υπολογίστηκαν ελαφρώς χαμηλότερες κατά τον εμβολιασμό βακτηρίων συνδυαστικά με τη χρήση των νανοφυσαλίδων οξυγόνου. Τα αποτελέσματα του βιοαντιδραστήρα δεν έδειξαν μεγάλη κινητοποίηση του ρύπου συγκριτικά με τις φλάσκες με το ποσοστό να φτάνει μόνο το 26% στην υδατική φάση. 
Στη δεύτερη πειραματική φάση της φυτοεξυγίανσης, χρησιμοποιήθηκε το φυτό πικροδάφνη Nerium Oleander. Το χώμα που επιλέχθηκε για αποκατάσταση, συλλέχθηκε από την περιοχή Καμπάνι (Χανιά), και συγκεκριμένα από πεδίο βολής και εμβολιάστηκε με συγκέντρωση αντιμονίου 50 ppm καθώς δεν ανιχνεύτηκε, αρχικώς, επαρκής συγκέντρωση αντιμονίου. Η τεχνολογία των νανοφυσαλίδων χρησιμοποιήθηκε και στο πείραμα της φυτοεξυγίανσης για την μελέτη επίδρασης στην ανάπτυξη των φυτών και επακολούθως στην απομάκρυνση του αντιμονίου. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε η προσθήκη χαμηλής και υψηλής συγκέντρωσης οργανικών οξέων στο χώμα κατά τη διάρκεια του πειράματος. Τα πειραματικά αποτελέσματα από τις αναλύσεις των φυτών, έδειξαν ότι η προσθήκη οργανικών οξέων σε υψηλή συγκέντρωση, έχει σημαντική επίδραση στην κινητοποίηση του ρύπου από το έδαφος στο φυτό ενώ η ταυτόχρονη άρδευση με νανοφυσαλίδες οξυγόνου αυξάνει επιπλέον το ποσοστό βιοσυσσώρευσης στους φυτικούς ιστούς. Συμπερασματικά, η χρήση της N. oleander με την εφαρμογή κατάλληλων συνθηκών στο έδαφος καθιστά το συγκεκριμένο φυτό κατάλληλο για αποκατάσταση ρυπασμένων εδαφών. 

description: Heavy metal soil pollution is one of the most important problems worldwide and therefore the remediation of contaminated soils is of major importance. The technologies of bioremediation and phytoremediation are widely applied due to their contribution to the remediation of soils from toxic pollutants. These methods are based on the use of microorganisms and plants, aiming at removing or converting the contaminants into less toxic forms. It has been shown that another technology, oxygen nanobubbles (O2NBs), can work beneficially in combination with the above methods due to a more efficient supply of oxygen which has a positive effect on the growth of microorganisms and plants. The aim of this thesis is to remove the antimony from antimony-contaminated soils by the methods of bioremediation and phytoremediation under controlled conditions. 
The soils tested in the bioremediation experiment collected from three different shooting ranges in Switzerland with three different antimony concentrations (low, medium and high). These soils also contain high concentrations of iron and manganese. Preliminary experiments were performed for each soil, with and without the presence of bacteria, and with and without the use of oxygen nanobubbles, while scaling-up to a bioreactor was performed only for the soil with the highest antimony concentration since the most effective removal of antimony was observed in this soil during the preliminary experiments. The experimental results showed that microbial inoculation had a significant effect on soil remediation as it was found that about 75% of the initial antimony was mobilized. Oxygen nanobubbles were found beneficial in the absence of bacteria with 66.4% of the contaminant mobilized. Iron concentrations were not significantly affected as the residual percentages in the aqueous phase were higher in the bioaugmentation experiments. Regarding manganese concentrations, were calculated slightly lower when inoculating bacteria in combination with the use of oxygen nanobubbles. The results of the bioreactor did not show much mobilization of the pollutant compared to the flasks with the percentage reaching only 26% in the aqueous phase.
In the second experimental phase of phytoremediation, the plant Nerium oleander was used. The soil was collected from the area of Kampani (Chania), specifically from a shooting range and inoculated with a concentration of 50 ppm antimony, as insufficient antimony concentration was initially detected. The nanobubble technology was also used in the phytoremediation experiment to study the effect on plant growth and subsequently on antimony removal. In addition, low and high concentration of organic acids were added to the soil during the experiment. The experimental results from the plant analyses showed that the addition of organic acids at high concentration has a significant effect on the mobilization of the contaminant from the soil to the plant, while simultaneous irrigation with oxygen nanobubbles further increases the bioaccumulation rate in plant tissues. In conclusion, the use of N. oleander with the application of appropriate soil amendments makes this plant suitable for remediation of contaminated soils.