title: Σχεδιασμός και λειτουργία καινοτόμου φωτοκαταλυτικού αντιδραστήρα ακινητοποιημένης τιτανίας
title: Design and use of a novel photocatalytic reactor with immobilized titania
Creators: name: Κιτσου Ειρηνη
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2017

description: Κύρια προϋπόθεση για την ανάπτυξη και διατήρηση της ζωής είναι το νερό. Τις τελευταίες δεκαετίες, η επιβάρυνση της κατάστασης του νερού καθιστά επιτακτική την ανάγκη, όχι μόνο της σωστής διαχείρισης των αποθεμάτων, αλλά και τη βελτίωση της ποιότητας του για την αντιμετώπιση δυσμενών περιβαλλοντικών φαινομένων και σοβαρών προβλημάτων στην ανθρώπινη υγεία. Έτσι, είναι απαραίτητη η ανεύρεση αποτελεσματικών μεθόδων επεξεργασίας του νερού, επιλύοντας προβλήματα ρύπανσης και μόλυνσής του.
Στο πλαίσιο αυτής της ανεύρεσης, ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η μελέτη και εφαρμογή των Προχωρημένων Οξειδωτικών Μεθόδων Αντιρρύπανσης (Advanced Oxidation Processes AOPs). Μεταξύ των μη φωτοχημικών AOPs, μπορούμε να διακρίνουμε την οξείδωση με Ο3/OH-, O2/H2O2, διαδικασίες Fenton, ηλεκτροχημική οξείδωση, ραδιόλυση, επεξεργασία με υπερήχους κτλ. Μεταξύ των φωτοχημικών διεργασιών μπορούμε να διακρίνουμε τη φωτόλυση νερού σε UVV, UV/H2O2, UV/Ο3, UV/H2O2/Ο3, τις φωτο-Fenton διαδικασίες και την ετερογενή φωτοκατάλυση (ΤiΟ2/UV-Α).
Η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνει το ενδιαφέρον στην εξέταση των δυνατοτήτων που προσφέρει η φωτοκαταλυτική τεχνολογία για την απολύμανση του νερού. Ειδικότερα, εξετάστηκε η απολύμανση νερού από τα παθογόνα βακτήρια Escherichia coli και Enterococcus faecalis σε πιλοτικό φωτολυτικό αντιδραστήρα. Κατά την ετερογενή φωτοκαταλυτική αδρανοποίηση των βακτηρίων αυτών χρησιμοποιήθηκε ακινητοποιημένη τιτανία ως καταλύτης και διερευνήθηκαν οι παράμετροι λειτουργίας του αντιδραστήρα σε διάφορα ύψη υγρού υπό ηλιακή ακτινοβολία και υπό υπεριώδη ακτινοβολία τύπου Α (UV-A), τόσο σε χαμηλές όσο και σε υψηλές βακτηριακές συγκεντρώσεις. Η ανίχνευση και η καταμέτρηση του εκάστοτε βακτηρίου στο διάλυμα πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας την τεχνική των διαδοχικών αραιώσεων και την επίστρωση των δειγμάτων σε θρεπτικό υλικό. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται σε διαγράμματα, όπου απεικονίζεται σε λογαριθμική κλίμακα η αδρανοποίηση των βακτηρίων σε CFU/mL, συναρτήσει του χρόνου. Ακόμη, υπολογίστηκαν οι κινητικές σταθερές αδρανοποίησης των βακτηρίων και ελέγχθηκε η έκπλυση τιτανίου από την πλάκα γυαλιού μετά το πέρας της απολύμανσης.
Οι βέλτιστες συνθήκες για μια μονάδα φωτοκαταλυτικής απολύμανσης εξαρτώνται από την κινητική της αποδόμησης των βακτηρίων, την πηγή και την ένταση της ακτινοβολίας και τον όγκο του προς επεξεργασία υγρού μέσα στον αντιδραστήρα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ηλιακή ακτινοβολία ήταν αποτελεσματικότερη έναντι της τεχνητής ακτινοβολίας με λάμπα UV-A και τα μικρότερα ύψη υγρού απολυμάνθηκαν σε μεγαλύτερο βαθμό ή λιγότερο χρόνο.
description: A  main condition for the development and preservation of life is water. Over the last few decades, the aggravation of water quality has made imperative not only the proper management of its reserves, but also its successful treatment in order to deal with adverse environmental effects and serious human health problems. Thus, it is necessary to find effective methods of environmental remediation of water, resolving pollution and contamination problems.
In this context, the study and application of Advanced Oxidation Processes AOPs is of particular interest. Among non-photochemical AOPs, we can distinguish oxidation with O3/OH-, O2/H2O2, Fenton processes, electrochemical oxidation, radiolysis, sonication, etc. Among the photochemical processes we can distinguish oxidation in subcritical and supercritical waters, photolysis with UVV, UV/H2O2, UV/O3, UV/H2O2/O3, photo-Fenton processes and heterogeneous photocatalysis (TiO2/UV-A).
This diploma thesis focuses on the potential of photocatalytic technology for water disinfection. In particular, the disinfection of water from the pathogenic bacteria Escherichia coli and Enterococcus faecalis was examined in a pilot photocatalytic reactor. During the heterogeneous photocatalytic inactivation of these bacteria, immobilized titania was used as a catalyst. The operating parameters of the reactor were investigated in applying different liquid levels under solar irradiation and ultraviolet irradiation type A (UV-A). Experiments were conducted in both low and high bacterial concentrations. Detection and bacterial count in the solution were performed using the serial dilution streak plate agar technique. The results are shown in diagrams, in which the inactivation of the bacteria in CFU/mL is plotted against time on a logarithmic scale. Furthermore, the inactivation rate constants were calculated and the concentration of titania in the leachate after disinfection was evaluated.
The optimal conditions for a photocatalytic disinfection unit depend on the kinetics of the bacterial degradation, the source and intensity of the irradiation and the level of the liquid treated in the reactor. The results showed that solar irradiation was more effective against artificial UV-A light and shorter liquid heights were disinfected in a greater extend or short periods of time.