title: Έλεγχος αδρανοποίησης βακτηριακών και μυκητιακών παθογόνων σε υδατικές μήτρες
title: Assessment of inactivation of bacterial and fungal pathogens in aquatic matrices
Creators: name: Παπαδοπουλου Κωνσταντινα
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2025

description: Το νερό, καλύπτοντας το 71% της επιφάνειας της Γης, αποτελεί τον θεμελιώδη λίθο της ζωής και διατηρεί την ισορροπία του πλανήτη. Δυστυχώς, η ανθρωπογενής δραστηριότητα έχει οδηγήσει σε σημαντική υποβάθμιση αυτού του πολύτιμου πόρου. Η ρύπανση και η μόλυνση των υδάτων αποτελούν σοβαρά προβλήματα υγείας και περιβάλλοντος. Η παρούσα μελέτη επικεντρώνεται στην μόλυνση των υδάτων πιο συγκεκριμένα στην αδρανοποίηση παθογόνων μικροοργανισμών, όπως το βακτήριο Acinetobacter baumannii και ο μύκητας Candida albicans, γνωστών για την υψηλή ανθεκτικότητά τους στα αντιβιοτικά. Σκοπός της έρευνας είναι να διερευνηθούν οι συνθήκες υπό τις οποίες οι συγκεκριμένοι μικροοργανισμοί αδρανοποιούνται, εφαρμόζοντας δύο μεθόδους απολύμανσης: τη χλωρίωση με υποχλωριώδες νάτριο (NaOCl) και την υπεριώδη ακτινοβολία (UVC). Οι πειραματικές συνθήκες περιλαμβάνουν τη χρήση διαφορετικών υδατικών μητρών, όπως το διάλυμα NaCl (0,8% w/v), νερό από τη λίμνη της Αγιάς και λύματα μετά τη δευτεροβάθμια επεξεργασία από τις εγκαταστάσεις ΔΕΥΑΧ και ΔΕΥΑΒΑ. Η μελέτη αυτή αποσκοπεί στην ανάπτυξη αποτελεσματικών στρατηγικών για την αντιμετώπιση της μικροβιακής ρύπανσης των υδάτων και την προστασία της δημόσιας υγείας.
Αρχικά, διεξήχθη μια σειρά πειραμάτων χλωρίωσης με στόχο την αποτίμηση της αποτελεσματικότητας του υποχλωριώδους νατρίου (NaOCl) έναντι των δύο μικροοργανισμών. Για κάθε μικροοργανισμό πραγματοποιήθηκαν οκτώ επαναλήψεις του πειράματος, μελετώντας παράλληλα την επίδραση δύο διαφορετικών συγκεντρώσεων απολυμαντικού για κάθε από τις τέσσερις διαφορετικές υδατικές μήτρες. Συγκεκριμένα, στα λύματα εφαρμόστηκαν υψηλότερες συγκεντρώσεις NaOCl, 5 mg/L και 10 mg/L ως προς διαθέσιμο χλώριο (Cl2), ενώ στις υπόλοιπες υδατικές μήτρες χρησιμοποιήθηκαν χαμηλότερες συγκεντρώσεις, 0.5 mg/L και 1 mg/L Cl2. Η διάρκεια των πειραμάτων ήταν 180 λεπτά για τον A. baumannii και 45 λεπτά για τον C. albicans, ενδεικτική της διαφορετικής ευαισθησίας των δύο μικροοργανισμών στις συνθήκες χλωρίωσης.
Στην συνέχεια, εφαρμόστηκε ακτινοβολία UVC από λάμπα ισχύος 15W για την απολύμανση των υδατικών μητρών (0.8% NaCl, Λ.Αγιά, ΔΕΥΑΧ). Κάθε μικροβιακό δείγμα υποβλήθηκε σε τριπλό πείραμα, διάρκειας 20 λεπτών.
Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της μελέτης, και οι δύο μέθοδοι απολύμανσης αποδείχθηκαν εξαιρετικά αποτελεσματικές στην αδρανοποίηση των μικροοργανισμών A. baumannii και C. albicans. Η χλωρίωση επιτυγχάνει την πλήρη αδρανοποίηση του βακτηρίου εντός 60-180 λεπτών και του μύκητα εντός 4-45 λεπτών, ανάλογα με τη συγκέντρωση του απολυμαντικού και την υδατική μήτρα. Αντίθετα, η απολύμανση με υπεριώδη ακτινοβολία (UVC) οδηγεί σε ταχύτερη αδρανοποίηση των μικροοργανισμών, με τον A. baumannii να αδρανοποιείται εντός 4-10 λεπτών και τον C. albicans εντός 4-6 λεπτών ανάλογα με την υδατική μήτρα. Ωστόσο, παρατηρήθηκε ότι μετά από περίπου 24 ώρες, οι μικροβιακοί οργανισμοί που είχαν εκτεθεί στην ακτινοβολία UVC εμφάνιζαν συχνά μηχανισμούς επιδιόρθωσης, με αποτέλεσμα να μην επιτυγχάνεται πάντα πλήρης εξάλειψη. Η υδατική μήτρα επηρεάζει κυρίως τον χρόνο που απαιτείται για την αδρανοποίηση των μικροοργανισμών και όχι την αποτελεσματικότητα της διαδικασίας. Συγκεκριμένα, το διάλυμα NaCl 0.8% (χωρίς οργανική ύλη) οδήγησε σε ταχύτερη αδρανοποίηση σε σύγκριση με δείγματα από λίμνη ή απόβλητα, υποδηλώνοντας ότι η παρουσία οργανικής ύλης μπορεί να προστατεύσει τους μικροοργανισμούς από τις απολυμαντικές επιδράσεις.
Συνοψίζοντας, η αδρανοποίηση βακτηρίων επηρεάζεται σημαντικά από τη σύσταση της υδατικής μήτρας. Πειραματικά δεδομένα δείχνουν ότι απόβλητα και η λίμνη μειώνουν την αποτελεσματικότητα των απολυμαντικών, επιτρέποντας σε σημαντικό ποσοστό των παθογόνων να επιβιώσουν. Αντίθετα, η χρήση διαλύματος NaCl (0.8%), το οποίο στερείται οργανική ύλη και άλλες ουσίες που ενδέχεται να παρεμποδίσουν τη διαδικασία, οδηγεί σε πλήρη εξάλειψη των βακτηριακών πληθυσμών. Οι παραπάνω παρατηρήσεις υπογραμμίζουν τη κρίσιμη σημασία της ποιότητας του νερού στις διαδικασίες απολύμανσης και επισημαίνουν την ανάγκη για περαιτέρω έρευνα προκειμένου να προσδιοριστούν οι ακριβείς μηχανισμοί που διέπουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των παθογόνων, των απολυμαντικών και των διαφόρων συστατικών του νερού.

description: Water is covering 71% of the Earth's surface, is the cornerstone of life and maintains the balance of the planet. Unfortunately, anthropogenic activity has led to a significant degradation of this precious resource. Water pollution and contamination are serious health and environmental problems. The present study focuses on water contamination, more specifically on the inactivation of pathogenic microorganisms, such as the bacterium Acinetobacter baumannii and the fungus Candida albicans, known for their high resistance to antibiotics. The purpose of the research is to investigate the conditions under which these microorganisms are inactivated, applying two disinfection methods: chlorination with sodium hypochlorite (NaOCl) and ultraviolet radiation (UVC). The experimental conditions include the use of different aqueous matrices, such as NaCl solution (0.8% w/v), water from Lake Agia and wastewater after secondary treatment from the DEYAX and DEYAVA facilities. This study aims to develop effective strategies for addressing microbial water pollution and protecting public health.
Initially, a series of chlorination experiments were conducted with the aim of evaluating the effectiveness of sodium hypochlorite (NaOCl) against the two microorganisms. For each microorganism, eight repetitions of the experiment were performed, while studying the effect of two different disinfectant concentrations for each of the four different aqueous matrices. Specifically, higher concentrations of NaOCl, 5 mg/L and 10 mg/L in terms of available chlorine (Cl2), were applied to the wastewater, while lower concentrations, 0.5 mg/L and 1 mg/L Cl2, were used in the remaining aqueous matrices. The duration of the experiments was 180 minutes for A. baumannii and 45 minutes for C. albicans, indicative of the different sensitivity of the two microorganisms to chlorination conditions.
Subsequently, UVC radiation from a 15W lamp was applied to disinfect the aqueous matrices (0.8% NaCl, Lake Agia, DEYAX). Each microbial sample was subjected to a triplicate experiment, lasting 20 minutes.
According to the results of the study, both disinfection methods proved to be extremely effective in inactivating the microorganisms A. baumannii and C. albicans. Chlorination achieves complete inactivation of bacteria within 60-180 minutes and fungi within 4-45 minutes, depending on the concentration of the disinfectant and the aqueous matrix. In contrast, disinfection with ultraviolet radiation (UVC) leads to faster inactivation of microorganisms, with A. baumannii being inactivated within 4-10 minutes and C. albicans within 4-6 minutes depending on the aqueous matrix. However, it was observed that after about 24 hours, microbial organisms exposed to UVC radiation often exhibited repair mechanisms, as a result of which complete elimination was not always achieved. The aqueous matrix mainly affects the time required for inactivation of microorganisms and not the effectiveness of the process. Specifically, the 0.8% NaCl solution (without organic matter) resulted in faster inactivation compared to samples from a lake or wastewater, suggesting that the presence of organic matter may protect microorganisms from disinfectant effects.
In summary, bacterial inactivation is significantly affected by the composition of the aqueous matrix. Experimental data show that wastewater and the pond reduce the effectiveness of disinfectants, allowing a significant percentage of pathogens to survive. In contrast, the use of a NaCl solution (0.8%), which is devoid of organic matter and other substances that may interfere with the process, leads to complete elimination of bacterial populations. The above observations highlight the critical importance of water quality in disinfection processes and point out the need for further research in order to determine the precise mechanisms governing the interactions between pathogens, disinfectants and various water components.