title: Application of persulfate for water disinfection purposes
title: Χρήση υπερθειικού άλατος ως μέσο απολύμανσης νερού
Creators: name: Καραπα Αλεξανδρα
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2019

description: Το νερό είναι μια βασική μονάδα για την διατήρηση ζωής στον πλανήτη μας. Τόσο το υπόγειο όσο και το επιφανειακό νερό (λίμνες, ποτάμια) χρησιμοποιείται για κατανάλωση, από τον άνθρωπο. Το νερό που καταναλώνει ο άνθρωπος πρέπει να είναι αβλαβές για την υγεία του, οργανοληπτικά άμεμπτο και απόλυτα καθαρό, απαλλαγμένο από παθογόνους μικροοργανισμούς και συγκεντρώσεις που μπορεί να προκαλέσουν κίνδυνο στην υγεία του ανθρώπου. Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα της εποχής αποτελεί η μείωση της ποσότητας και η υποβάθμιση της ποιότητας διαφόρων περιβαλλοντικών πόρων. Οι υδάτινοι επιφανειακοί ή υπόγειοι πόροι εκτίθενται καθημερινά σε διάφορους τύπους ρύπων ( οργανικές, ανόργανες ουσίες και μικροοργανισμούς). Για το λόγο αυτό σύμφωνα με τις προηγμένες οξειδωτικές μεθόδους (AOPs)[1], μια μέθοδος βασισμένη στις ελεύθερες ρίζες, θέλαμε να καταφέρουμε την αδρανοποίηση μικροοργανισμών μέσω της ενεργοποίησης του υπερθειικού νατρίου (Na2O8S2) προς παραγωγή οξειδωτικών ριζών. 
Λαμβάνοντας υπόψη τις περιβαλλοντικές ανάγκες στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας αυτής, οι στόχοι περιλαμβάνουν αρχικά τον έλεγχο  αποτελεσματικότητας απολύμανσης ενεργοποιημένου υπερθειικού άλατος για την αδρανοποίηση των βακτηριακών  δεικτών κοπρανώδους μόλυνσης στο νερό καθώς και στην διερεύνηση των επιδράσεων των μεταβλητών διεργασίας των μέσων ενεργοποίησης υπερθειικών αλάτων, όπως η θερμότητα, η ακτινοβολία UVA , ο σίδηρος, οι υπέρηχοι κ.α. Η αποτελεσματικότητα αυτή εξετάστηκε στα βακτήρια  Escherichia coli και Enterococcus faecalis. Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκαν τρεις κύκλοι πειραμάτων. Αρχικά έγινε ο έλεγχος αδρανοποίησης μικροοργανισμών με την χρήση UVA/PS, έπειτα με την χρήση θερμότητα/PS και τέλος με την χρήση  UVA/PS/θερμότητα. Είναι σημαντικό να τονιστεί πως οι συνθήκες διεξαγωγής των πειραμάτων σε κάθε περίπτωση διατηρούνταν ίδιες ώστε τα αποτελέσματα να μπορούν να είναι συγκρίσιμα.
Βάσει των αποτελεσμάτων, παρατηρήθηκε ότι η επιρροή που είχε η κάθε παράμετρος που ενεργοποιεί το Na2O8S2  δεν ήταν ίδια για τα βακτήρια. Όσον αφορά την παράμετρο UVA/υπερθειικό νάτριο με ισχύ 15 W δεν ήταν ιδιαίτερα αποτελεσματική, υπήρχε ελάχιστη μείωση της συγκέντρωσης της τάξης 1 Log, ενώ με διπλάσια ισχύ (2 λάμπες, 30 W) υπήρξε μείωση στις 3 h της τάξης 6 Log και στα δυο βακτήρια. Στην περίπτωση  θερμότητα/υπερθειικό νάτριο υπήρξε σημαντική μείωση στη μισή h της τάξης 6 Log και στα δυο βακτήρια παρόλο που ο Enterococcus faecalis υπήρξε λίγο πιο ανθεκτικός στην πάροδο του χρόνου και σε υψηλότερες θερμοκρασίες απ’ότι η Escherichia coli . Στον τελευταίο κύκλο, που ήταν ο συνδυασμός των προηγούμενων δυο παρατηρήσαμε μείωση της τάξης 6 Log. Ακόμα παρατηρήθηκε χρονικά πως ξεκίνησε πιο γρήγορα η μείωση της συγκέντρωσης των βακτηρίων σε σχέση με τις μεμονωμένες περιπτώσεις. Σε όλες τις περιπτώσεις παρατηρήθηκε πως υψηλότερη συγκέντρωση υπερθειικού άλατος φέρει περισσότερες μειώσεις των παθογόνων. Συγκρίνοντας όλες τις παραμέτρους ο συνδυασμός και των τριών παραμέτρων αποδείχθηκε ο πιο γρήγορος και αποτελεσματικός για την αδρανοποίηση των βακτηρίων μέσω των οξειδωτικών ριζών. Παρόλα αυτά με βάση το χρόνο επαφής ως βέλτιστη λύση και για τα δυο βακτήρια θεωρούμε την περίπτωση όπου τα δεδομένα ήταν 50  ̊C και η δόση του υπερθειικού νατρίου ήταν 200mg/L. Συγκρίνοντας τα δυο βακτηριακά είδη μπορεί να παρατηρηθεί ότι το Gram(-) E.coli αποδείχθηκε πιο ευαίσθητο από το Gram(+) E. faecalis, το οποίο διαθέτει πιο παχύ κυτταρικό τοίχωμα.

description: Water is  substantial  for the preservation of life on our planet. Both ground and surface water (lakes, rivers) are used for consumption by humans. This water needs to pose no threat to human health, to be organoleptically impeccable and completely clean, free of pathogenic microorganisms and pollutants that may impact human wellbeing. One of the most significant issues of our times is the decrease in quantity and the quality degradation of various environmental resources. Nowadays, the ground and surface water resources are being exposed to various types of pollutants (organic, inorganic substances) and microorganisms.
Advanced oxidation processes (AOPs) have been recognized as an emerging group of techniques with high oxidation potential and biocidal effect on various microorganisms in aqueous samples. 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 may be achieved by peroxydisulfate or persulfate  (PS) activation via heat, ultrasound, transition metals, ultraviolet (UV) light, or other means. Enhancing the effectiveness of activated persulfate includes manipulation of traditional methods and development of novel techniques. These processes, being members of the broad category of AOPs, seem to be highly promising as disinfection techniques for the inactivation of various pathogens contained in water.

Based on the above, the objectives of this study comprise the following: a) assessment of disinfection efficiency of activated persulfate for the inactivation of fecal bacterial indicators in water and b) investigation of process variables effects and the means of persulfate activation (i.e. UVA irradiation and heat).Experiments were performed using Escherichia coli and Enterococcus faecalis bacteria. This thesis presents experiments carried out in three phases:  the microorganisms’ inactivation rates were evaluated using a) UVA/PS, b) heat/PS and c) UVA/PS/heat. What is important to underline is that the experiments were conducted under similar conditions so as to obtain comparable data.
Disinfection with UVA/sodium persulfate (15 W) was not particularly effective; there was a 1 Log decrease in bacterial concentration, while when two lamps were used (30 W) there was a 6 Log decrease after 3 h of both bacterial species. When persulfate activation was performed through heat  there was a substantial 6 Log decrease after 0.5 h in both bacteria species. Interestingly, Enterococcus faecalis appeared to be more persistent over time and under higher temperatures than Escherichia coli. During the last phase of the experiments, where we applied a combination of the activating parameters mentioned above, a 6 Log decrease of bacterial population was observed .In all cases presented above, it was found that the higher the concentration of sodium persulfate the higher the bacterial decrease. Having compared all the parameters, we can conclude that a combination of the three methods can be named as the fastest and most effective one in activating bacteria with the aid of oxidizing radicals. However, based on contact time, the most effective conditions were temperature of  50 ̊C with sodium persulfate at a concentration of 200mg/L .To sum up, having studied these two bacterial species under the specified disinfection condtions , we can conclude that Gram(-) E. coli proved to be more vulnerable than Gram(+) E. faecalis which possess  a thick cell wall.