title: Βελτιστοποίηση του ρυθμού βιοαποδόμησης μικροσφαιριδίων LDPE
title: Optimization of LDPE pellets biodegradation rates
Creators: name: Κυριτση Σοφια
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2021

description: Το πλαστικό έχει ενσωματωθεί πλήρως στην καθημερινότητα του ανθρώπου και αποτελεί πλέον αναπόσπαστο κομμάτι της σύγχρονης ζωής. Ωστόσο, παρόλα τα πλεονεκτήματα του, ευθύνεται για έναν μεγάλο αριθμό περιβαλλοντικών προβλημάτων όπως η θαλάσσια και χερσαία ρύπανση που επηρεάζουν αρνητικά τους ζωντανούς οργανισμούς και την ανθρώπινη υγεία ενώ ταυτόχρονα προκαλούν μια πληθώρα αμέσων και έμμεσων οικολογικών, κοινωνικών και οικονομικών προβλημάτων. Τα θαλάσσια πλαστικά απορρίμματα παρουσιάζουν μεγάλη ποικιλία διαφοροποιήσεων όσον αφορά το σχήμα, τον τύπο και το μέγεθος τους. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αυτών αποτελούν τα πλαστικά μικροσφαιρίδια (pellets). Η έκθεση τους σε διάφορες περιβαλλοντικές συνθήκες όπως η ηλιακή ακτινοβολία (UV) και οι υψηλές θερμοκρασίες σε συνδυασμό με τη μηχανική καταπόνηση τους (κυματισμοί, άνεμος) έχει ως αποτέλεσμα την γήρανση τους. Η διαδικασία αυτή έχει αποδειχθεί πως συνεισφέρει σημαντικά στην βιοαποδόμηση των πλαστικών καθώς ενισχύει την δράση μικροβιακών πληθυσμών στην επιφάνεια τους.
Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της ικανότητας θαλάσσιων μικροοργανισμών, που συλλέχθηκαν στην περιοχή της Σούδας, να βιοαποδομήσουν γηρασμένα μικροσφαιρίδια (pellets) πολυαιθυλενίου χαμηλής πυκνότητας (LDPE) σε προσομοιωμένο θαλάσσιο μικρόκοσμο. Το πείραμα χωρίζεται σε δυο μέρη με μεταβλητή την διαθεσιμότητα του άνθρακα. Πιο συγκεκριμένα, στο πρώτο μέρος τα LDPE μικροσφαιρίδια αποτελούν τη μοναδική πηγή άνθρακα της μικροβιακής κοινότητας, ενώ στο δεύτερο μέρος πραγματοποιείται προσθήκη γλυκόζης στην προσομοίωση. Η διάρκεια των προσομοιώσεων ήταν 4 και 2 μήνες αντίστοιχα. Μέσω σύγκρισης των δύο διερευνάται εάν και σε τι βαθμό η προσθήκη θρεπτικών ουσιών επιταχύνει την βιοαποδόμηση των μικροσφαιριδίων. Οι μετρήσεις που ακολούθησαν αφορούν το πολυμερές και το βιοφίλμ που αναπτύχθηκε στην επιφάνεια του. Πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις βάρους, κατανομής του μεγέθους μικροπλαστικών, φασματοσκοπία υπέρυθρου με την τεχνική της αποσβένουσας ολικής ανάκλασης, συγκέντρωσης διαλυμένου οργανικού άνθρακα (DOC) και ποσοτικός προσδιορισμός μικροβιακής ανάπτυξης, ανάπτυξης των εξωκυτταρικών πολυμερών ουσιών (πρωτεΐνες, υδατάνθρακες) και μέτρηση κυττάρων στο πολυμερές και το βιοφίλμ αντίστοιχα.
Συνολικά, οι θαλάσσιοι μικροοργανισμοί κατάφεραν να επιβιώσουν και να αναπτυχθούν επιτυχώς στο προσομοιωμένο θαλάσσιο μικρόκοσμο με ή χωρίς προσθήκη θρεπτικών ουσιών. Ωστόσο, στην περίπτωση που προστέθηκε γλυκόζη παρατηρείται ανάπτυξη ενός σταθερού βιοφιλμ σε μικρότερο χρονικό διάστημα. Οι φασματοσκοπίες έδειξαν ότι οι μικροοργανισμοί επέφεραν κάποιες κοινές και κάποιες διαφορετικές μεταβολές στην επιφάνεια των μικροσφαιριδίων. Ακόμα μέσω της κατανομής των μικροσωματιδίων στην υγρή φάση φαίνεται ότι η δράση των μικροοργανισμών προκαλεί και κατακερματισμό των μικροπλαστικών και στα δύο πειραματικά μέρη.
description: Plastic has been fully integrated into everyday life and is now an integral part of modern life. However, despite its advantages, it is responsible for a large number of environmental problems such as marine and land pollution that negatively affect organisms and human health while at the same time causing a variety of direct and indirect ecological, social and economic problems. Marine plastic waste varies greatly in shape, type and size. Plastic microspheres (pellets) are a typical example. The exposure of plastic particles to various environmental conditions such as sunlight (UV) and high temperatures in combination with mechanical stress (waves, wind) results in their aging. This process contributes significantly to the biodegradation of plastics as it enhances the action of microbial populations on their surface.
The purpose of this dissertation is to study the ability of marine microorganisms, collected from the Souda bay, to biodegrade aged low-density polyethylene (LDPE) pellets in a simulated marine microcosm. The experiment was divided into two parts with variable the carbon source availability. More specifically, in the first part the LDPE microspheres were the only carbon source for the microbial community, while in the second part glucose was periodically added to the treatments. The duration of the simulations was 4 and 2 months, respectively. By comparing the two treatments, it was investigated whether and to what extent the addition of nutrients accelerates the biodegradation of microspheres. The following measurements were performed concerning the polymer and the biofilm developed on the surface of the pellets: weight, microplastic size distribution, infrared spectroscopy with total reflectance technique (FTIR_ATR), dissolved organic carbon (DOC) and quantification of microbial growth, extracellular EPS (proteins, carbohydrates) and measurement of cells within the biofilm.
Overall, marine microorganisms managed to survive and grow successfully in the simulated marine microcosms with or without the addition of nutrients. However, when glucose was added, we observed the growth of a more stable biofilm formation in a shorter period. Spectroscopy showed that the microorganisms caused common and different changes on the surface of the microspheres. Also, the distribution of microparticles in the liquid phase showed that the action of microorganisms resulted in the fragmentation of microplastics in both experiments.