title: Ενεργοποίηση υπερθειικού άλατος με ιόντα σιδήρου για την αδρανοποίηση βακτηρίων στο νερό
title: Iron-activated persulfate for the inactivation of bacteria in the water
Creators: name: Παναγιωτοπουλου Μαρια
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2019

description:       Η προστασία του περιβάλλοντος και της δημόσιας υγείας απαιτεί την ολοκληρωμένη και αποτελεσματική επεξεργασία των υδάτων, όπως ήδη επιβάλλεται από την ευρωπαϊκή νομοθεσία. Στο πλαίσιο αυτό, η συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση για υψηλά πρότυπα υγιεινής έχει οδηγήσει στην έρευνα και την ανάπτυξη αποτελεσματικών τεχνικών απολύμανσης. 
   Οι υδατογενείς ασθένειες που τεκμηριώνονται παγκοσμίως και η ακαταλόγιστη ταχύτητα μετάδοσή τους μέσω της κατανάλωσης μολυσμένου νερού, καταδεικνύουν τη σημασία της αποτελεσματικής απενεργοποίησης παθογόνων μικροοργανισμών. Συνήθως, η απολύμανση του νερού επιτυγχάνεται με χλώριο και τις ενώσεις του, οι οποίες θεωρούνται ισχυροί οξειδωτικοί παράγοντες και είναι ικανοί να αδρανοποιούν μια αρκετά μεγάλη ποικιλία μικροοργανισμών. Παρά την αποτελεσματικότητα αυτών των χημικών, συνδέονται με αυτούς σημαντικοί κίνδυνοι για την υγεία και καταστροφικές ιδιότητες. Έτσι έχουν αναζητηθεί νέες μέθοδοι απολύμανσης όπως αυτή της προηγμένη διαδικασίας οξείδωσης που έχει χαρακτηριστεί ως αναδυόμενη ομάδα τεχνικών με υψηλό δυναμικό οξείδωσης και μικροβιοκτόνο δράση σε διάφορους μικροοργανισμούς στα ύδατα. 
   Το υπερθειικό άλας (sodium persulfate, SPS) παρουσιάζει ενδιαφέρον ως μια πολλά υποσχόμενη πηγή δραστικών θειικών ριζών, λόγω του μετρίου κόστους του και του υψηλού δυναμικού οξειδοαναγωγής των θειικών ριζών (2.6V).Ο σχηματισμός πολύ δραστικών θειικών ριζών μπορεί να επιτευχθεί με ενεργοποίηση υπερθειικού άλατος μέσω θερμότητας, υπερήχων, μεταβατικών μετάλλων, υπεριώδους (UV) φωτός ή άλλων μέσων. Οι ενεργοποιημένες υπερθειικές αντιδράσεις έχουν ευρεία εφαρμογή για την περιβαλλοντική αποκατάσταση, καθώς οι σχηματισμένες ρίζες αντιδρούν με οργανικές χημικές ουσίες που προκαλούν μερική ή πλήρη αποδόμηση.
   Σκοπός της παρούσας έρευνας, ήταν η ενεργοποίηση του υπερθειικού άλατος με ιόντα σιδήρου, υπέρηχους αλλά και ο συνδυασμός των δύο αυτών μεθόδων καθώς και η εύρεση των αποτελεσματικότερων συγκεντρώσεων  για την αδρανοποίηση της Escherichia coli και του Enterococcus faecalis στο νερό. Οι συγκεντρώσεως που χρησιμοποιήθηκαν ήταν 100, 200 και 300 mg/L Na2O8S2 και ενεργοποιήθηκε με 10, 20 και 30 mg/L Fe2SO4 ως προς σίδηρο ενώ για την ενεργοποίηση με υπέρηχους χρησιμοποιήθηκαν συγκεντρώσεις 100, 200 και 300 mg/L Na2O8S2. Τέλος εξετάστηκε και ένα συνδυαστικό πείραμα με συγκεντρώσεις 200 mg/L Na2O8S2  ενεργοποιημένο με 30 mg/L Fe2SO4 ως προς σίδηρο και υπέρηχους.
   Η αρχική βακτηριακή συγκέντρωση στο εναιώρημα σε κάθε πείραμα ήταν 10^6 CFU/ mL ενώ πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις βακτηρίων χρησιμοποιώντας το Nutrient Agar (LAB M) ως μέσο καλλιέργειας.
   Σύμφωνα με τα πειραματικά αποτελέσματα, η μέθοδος ενεργοποίησης υπερθειικών αλάτων απεδείχθη περισσότερο αποτελεσματική σε μεγαλύτερες συγκεντρώσεις τόσο υπερθειικού όσο και σιδήρου. Ταχύτερη αδρανοποίηση πραγματοποιήθηκε με την ενεργοποίηση του σιδήρου και συγκεκριμένα για τις συγκεντρώσεις 200 ή 300 mg/L Na2O8S2  ενεργοποιημένο με 30 mg/L Fe2SO4 ως προς σίδηρο . Η τάξη μείωσης ήταν 6 Log σε περίπου 60 min και για τα δύο βακτήρια. Ωστόσο στην πλειοψηφία της μελέτης τα δύο αυτά βακτήρια παρουσίασαν διαφοροποιήσεις. Η  E. coli που κατατάσσεται στα κατά Gram αρνητικά βακτήρια αδρανοποιούταν ταχύτερα από τον  E. faecalis που κατατάσσεται  στα Gram θετικά βακτήρια ο οποίος αποτελείται και από ένα παχύ κυτταρικό τοίχωμα και στο γεγονός αυτό τείνει να οφείλεται η διαφορά αυτή. Η ενεργοποίηση και των δύο βακτηριακών ειδών επιβραδύνθηκε όταν διεξήχθη ενεργοποίηση υπερθειικού άλατος με υπέρηχους αν και έπειτα από περίπου 105 min πραγματοποιήθηκε μείωση 6 Log για συγκέντρωση 300 mg/L Na2O8S2 . Καταληκτικά, η αδρανοποίηση ήταν πολύ αποτελεσματική και για τα δύο βακτήρια με μείωση 6 Log κοντά στα 40 min  με συγκέντρωση υπερθειικού άλατος 200 mg/L Na2O8S2  ενεργοποιημένο με 30 mg/L Fe2SO4 ως προς σίδηρο και υπέρηχους.
   Με βάση τα αποτελέσματά η εφαρμογή ενεργοποιημένων αλάτων φαίνεται να είναι πέρα από καινοτόμα, αποτελεσματική  για την απολύμανση των υδατικών δειγμάτων και την αδρανοποίηση των κοπράνων βακτηριακών δεικτών. Η διερεύνηση των επιδράσεων των μεταβλητών διεργασίας απαιτείται για την ικανοποιητική μείωση των βακτηρίων σε αποδεκτά όρια για την προστασία της δημόσιας υγείας.





description:  Protection of the environment and public health requires integrated and efficient water treatment, as it is already required by European legislation. In this context, the ever-increasing demand for high standards of hygiene has led to the exploration and development of effective disinfection techniques.
   Waterborne diseases documented worldwide and their uncharted rates of transmission through the consumption of contaminated water demonstrate the importance of effective inactivation of pathogenic microorganisms, including bacteria, viruses and protozoa. Typically, water disinfection is achieved by chlorination and its compounds, which are considered powerful oxidizing agents and are capable of inactivating a wide variety of microorganisms.
   Despite the efficacy of these chemicals, they are associated with significant health risks. New methods of disinfection have been discovered such as advanced oxidation process (AOPs), which has been described as an emerging group of techniques with high oxidation potential and biocide effect on various microorganisms in the water.
   AOPs based on hydroxyl (HO•, E0= 1.8–2.7 V) and sulfate radicals (SO4•−, E0= 2.5–3.1 V) have been widely used as novel oxidants to degrade many pollutants. The formation of highly reactive sulfate radicals can be achieved by activating persulfate salt by heat, ultrasound, transition metals, and ultraviolet (UV) light or other means. Activated persulfate reactions have a wide application for environmental recovery as the formed roots react with organic chemicals that cause partial or complete mineralization.
   The purpose of the present study was to activate persulfate salt with iron ions, ultrasound, but also to combine these two methods as well as to find the most effective concentrations for the inactivation of Escherichia coli and Enterococcus faecalis in water. The concentrations used were 100, 200 and 300 mg/L of Na2O8S2 and was activated with 10, 20 and 30 mg/L Fe2SO4 while concentrations of 100, 200 and 300 mg / L Na2O8S2 were used for ultrasonic activation. Finally, a combined experiment with concentrations of 200 mg/L Na2O8S2 activated with 30 mg/L Fe2SO4 and ultrasound was also tested.
   The initial bacterial concentration in the suspension in each experiment was 106 CFU /mL while bacterial counts were performed by applying the serial dilution plate procedure and using the Nutrient Agar (LAB M) as culture medium.
   According to the experimental results, the method of activating persulfate proved to be more effective at higher concentrations of both persulfate and iron ions. Faster inactivation was performed by iron activation, and particular for concentrations of 200 or 300 mg/L Na2O8S2 activated with 30 mg /L Fe2SO4. A 6 Log reduction of bacterial concentration occurred in about 60 min for both bacteria. However, in the majority of the study these two bacteria showed variations. Escherichia coli,  Gram (-) bacteria was deactivated faster than Enterococcus faecalis, Gram (+) bacteria, which also consists a thick cell wall, and this fact tends to be due to this difference. Inactivation of both bacterial species retarded when activation of persulfate carried out by ultrasound, although after about 105 min a 6 Log reduction was performed to 300 mg/L Na2O8S2 concentration. Ultimately, inactivation was very effective for both bacteria with a 6 Log reduction of approximately 40 minutes with 200 mg/L Na2O8S2 persulfate concentration activated with 30 mg/L Fe2SO4 and ultrasound.
   Based on the results, the application of activated salts seems to be innovative, and effective for disinfecting aqueous samples and for inactivating fecal bacterial markers. Investigation of the effects of process variables is required to successfully reduce bacteria to acceptable limits for the protection of public health.