title: Έλεγχος απομάκρυνσης μικροβιακών δεικτών και γονιδίων ανθεκτικότητας σε αντιβιοτικά κατά την επεξεργασία διασταλαγμάτων ΧΥΤΑ σε πιλοτικές μονάδες τεχνητών υγροβιότοπων
title: Elimination of microbial indicators and antibiotic resistance genes during treatment of landfill leachates with pilot scale constructed wetlands
Creators: name: Μεσχινη Δαναη
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2023

description: Αντικείμενο έρευνας της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο έλεγχος απομάκρυνσης μικροβιακών δεικτών και γονιδίων ανθεκτικότητας σε αντιβιοτικά κατά την επεξεργασία διασταλαγμάτων που προέρχονταν από χώρο υγειονομικής ταφής σε πιλοτικές μονάδες τεχνητών υγροβιότοπων. Τα διασταλάγματα προέρχονταν από τον Χώρο Υγειονομική Ταφής Αποβλήτων Χανίων (ΧΥΤΑ) και η επεξεργασία τους έγινε σε τέσσερις διαφορετικές πιλοτικές μονάδες τεχνητών υδροβιότοπων, οριζόντιας υποεπιφανειακής ροής (HF CWs). Συγκεκριμένα μελετήθηκε η απόδοση των πιλοτικών μονάδων των τεχνητών υγροβιότοπων με βλάστηση Phragmites australis, που βρίσκονται στον εξωτερικό χώρο του θερμοκηπίου του Πολυτεχνείου Κρήτης, στα Χανιά, ως προς την επίδραση των διαφορετικών πληρωτικών υλικών στις διεργασίες απομάκρυνσης των μικροβιακών δεικτών, του αδενοϊού και των γονιδίων ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά.     
Η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε αποτελείται από τέσσερις πιλοτικούς τεχνητούς υγροβιότοπους οριζόντιας υποεπιφανειακής ροής. Στην πρώτη μονάδα (P = Plastic) τοποθετήθηκε ως πληρωτικό υλικό πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (HDPE). Στη δεύτερη (PB = Plastic & Biochar) τοποθετήθηκε HDPE μαζί με 10% w/v βιοεξανθράκωμα. Στην τρίτη (G= Gravel) τοποθετήθηκε χαλίκι, ενώ στη τέταρτη (GB = Gravel & Biochar) τοποθετήθηκε χαλίκι μαζί με 10% w/v βιοεξανθράκωμα. Κάθε πιλοτική μονάδα αποτελείται από σιδερένιες  ορθογώνιες κλίνες, που έχουν επενδυθεί εσωτερικά με πλαστικό υλικό  HDPE.  
Το πείραμα πραγματοποιήθηκε την περίοδο από 28 Μαΐου έως 21 Ιουλίου του 2021.
Στο πλαίσιο εκτέλεσης  του πειράματος  έγιναν διαδοχικές δειγματοληψίες, στη διάρκεια τριών περιόδων, του Μαΐου, (1η χρονική περίοδος), του Ιουνίου (2η χρονική περίοδος), και του Ιουλίου (3η χρονική περίοδος). Τα δείγματα εισροής  προέρχονταν από αραιωμένα διασταλάγματα του Χ.Υ.Τ. Χανίων, ενώ τα δείγματα εκροής προέρχονταν από τις εκροές των τεσσάρων τεχνητών υγροβιότοπων (P , PB, G, GB).
Τα αποτελέσματα των πειραμάτων έδειξαν ότι, ανεξάρτητα από το πληρωτικό υλικό που χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα στους HF CWs, δεν σημειώθηκε ουσιαστική απομάκρυνση των μικροβιακών δεικτών Escherichia coli, Staphylococcus aureus και Enterococcus sp. Αντίθετα, παρατηρήθηκε απομάκρυνση των αδενοϊών έως ένα βαθμό. Πιο συγκεκριμένα, μεγαλύτερη απόδοση έδειξαν οι εκροές των υγροβιότοπων Ρ και ΡΒ, με μείωση του ιικού φορτίου μέχρι 2 Logs. Όσον αφορά στα γονίδια ανθεκτικότητας (ARGs) που μελετήθηκαν, δηλαδή τα sul II, ampC και qnrA, τα αποτελέσματα ήταν τα εξής:
Τα γονίδια sul II και ampC δεν απομακρύνθηκαν κατά την επεξεργασία των διασταλαγμάτων, καθώς ανιχνεύθηκαν σε μεγάλες συγκεντρώσεις στις εκροές των υγροβιότοπων. Όσον αφορά στο qnrA, δεν σημειώθηκε απομάκρυνση στην εκροή του υγροβιότοπου PB, ενώ σε όλες τις άλλες εκροές υπήρξε σημαντική μείωση της συγκέντρωσής του σε σύγκριση με την εισροή. Η μεγαλύτερη μείωση εμφανίζεται στην εκροή του υγροβιότοπου GΒ και είναι της τάξης των 2 Logs. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι υπάρχει συσχέτιση της απομάκρυνσης των βακτηριακών δεικτών με την απομάκρυνση των ARGs. Συγκεκριμένα, όταν η απομάκρυνση των βακτηριακών δεικτών είναι αρνητική, αρνητική είναι και η απομάκρυνση των ARGs.  
Τέλος, ως προς τη διαφοροποίηση των τιμών της  MIC60 δεν υπάρχει ξεκάθαρο μοτίβο των  προφίλ ανθεκτικότητας των στελεχών των μικροβιακών δεικτών κατόπιν της επεξεργασίας ως προς όλα τα αντιβιοτικά και συγκεκριμένα τη σιπροφλοξασίνη (CIP), αμοξικιλλίνη (AMOX) και σουλφαμεθοξαζόλη (SMX).  
Συμπερασματικά, τα πειράματα δείχνουν ότι οι υγροβιότοποι δεν ήταν αποτελεσματικοί στην απομάκρυνση των μικροβιακών δεικτών και των γονιδίων ARGs, ήταν όμως θετικοί στην απομάκρυνση των αδενοϊών.  
Οι περίπλοκοι φυσικοχημικοί και βιολογικοί μηχανισμοί που λαμβάνουν χώρα στους υγροβιότοπους επιδρούν στις διεργασίες απομάκρυνσης βακτηρίων και ιών και η εκάστοτε μεταβολή τους επιδρά άμεσα στην παρουσία παθογόνων στην εκροή. 

description: The objective of the present diploma thesis is the study of the elimination of microbial indicators, adenoviruses, and antibiotic resistance genes during treatment of landfill leachates with pilot scale constructed wetlands. The leachates derived from Chania waste landfill and were treated in four pilot scale units of horizontal subsurface flow constructed wetlands (CWs). Specifically, the performance efficiency of the units was studied in relation to the different filling materials and operating conditions. The CWs were planted with Phragmites australis and are located in the campus of Technical University of Crete (greenhouse). 
The first unit (P = Plastic) contained high-density polyethylene (HDPE) as filling material. The second CW (PB = Plastic & Biochar) had HDPE combined with 10% w/v biochar. The filling materials of the third (G = Gravel) and the fourth unit (GB = Gravel & Biochar) were gravel and combined with 10% w/v biochar. Each pilot unit consisted of rectangular iron beds lined internally with HDPE plastic.
The experiment was conducted from 28 May to 21 July 2021. During the experiment, consecutive sampling was performed during three periods: May (1st period), June (2nd period), and July (3rd period). Inflow samples were collected from diluted leachates from the landfill site, while outflow samples were collected from the effluents of the four constructed wetlands (P, PB, G, GB).
The results of the experiments indicated that regardless of the substrate material used, there was no substantial removal of microbial indicators Escherichia coli, Staphylococcus aureus, and Enterococcus sp. However, adenoviruses were eliminated to a certain extent. Specifically, higher performance occurred during treatment with the wetlands P and PB, as a 2 Log of viral reduction was recorded.
Regarding the antibiotic resistance genes (ARGs) studied, namely sul II, ampC, and qnrA, the results were the following:


The sul II and ampC genes were not removed during the treatment of the leachates, as they were detected in high concentrations in all effluents. Regarding qnrA, there was no removal in the PB wetland, while in all other effluents there was a significant decrease of its concentration compared to that in the influent. The highest removal occurred during treatment with the GB wetland and was 2 Logs. The results show that there is a correlation between the removal of bacterial indicators and the removal of ARGs. 
Finally, there is no clear pattern post treatment regarding its effect on the antibiotic resistance profile of the bacteria and the MIC60 values of certain antibiotics, namely ciprofloxacin (CIP), amoxicillin (AMOX) and sulfamethoxazole (SMX).  
In conclusion, the experiments show that wetlands were not effective in removing microbial markers and ARGs genes but were quite capable of removing adenoviruses.  
The complex physicochemical and biological mechanisms that take place in wetlands affect the processes of removal of bacteria and viruses and subsequently, their presence in the effluents.