Πειραματική διερεύνηση κρίσιμων παραμέτρων αποδόμησης πολυυδροξυαλκανοϊκών εστέρων σε περιβάλλον ενεργού ιλύος
| datacite.contributor.RelatedPerson | Κούκος, Ιωάννης | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Παρασκευά, Χριστάκης | |
| datacite.contributor.Supervisor | Ντάικου, Ιωάννα | |
| dc.contributor.author | Κολώνας, Κωνσταντίνος | |
| dc.contributor.other | Kolonas, Konstantinos | |
| dc.date.accessioned | 2026-03-02T11:50:03Z | |
| dc.date.available | 2026-03-02T11:50:03Z | |
| dc.date.issued | 2025-10-10 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.abstract | Η παρούσα διπλωματική εργασία εστιάζει στη μελέτη της βιοαποδόμησης του πολυυδροξυβουτυρικού (PHB), ενός σημαντικού βιοαποδομήσιμου πολυμερούς της οικογένειας των πολυυδροξυαλκανοϊκών εστέρων (PHAs), σε περιβάλλον ενεργού ιλύος προερχόμενης από την οξειδωτική τάφρο αστικής εγκατάστασης επεξεργασίας λυμάτων (ΕΕΛ). Η παρουσία πολυυδροξυαλκανοϊκών (PHAs) σε ΕΕΛ είναι πιθανή λόγω της αυξανόμενης χρήσης βιοπλαστικών σε καθημερινές εφαρμογές και της απόρριψής τους στο αστικό αποχετευτικό δίκτυο. Επιπλέον, οργανισμοί των γένους Paracoccus, Pseudomonas και Bacillus, που απαντώνται στην ενεργό ιλύ, είναι ικανοί να βιοσυνθέτουν και να αποδομούν οι ίδιοι PHAs. Επομένως, η αξιολόγηση της συμπεριφοράς αυτών των πολυμερών σε πραγματικές συνθήκες ιλύος είναι κρίσιμη για τη βιωσιμότητα και τη διαχείριση τους στο πλαίσιο της κυκλικής οικονομίας. Πραγματοποιήθηκαν πειράματα μικρής κλίμακας τύπου batch διάρκειας μίας εβδομάδας, με χρήση φρέσκιας ενεργού ιλύος σε κάθε περίπτωση. Ως υπόστρωμα χρησιμοποιήθηκε εμπορικό PHB σε μορφή σκόνης, ενώ διερευνήθηκε η επίδραση κρίσιμων παραμέτρων στη βιοαποδόμησή του: (i) θερμοκρασία (κυμαινόμενη θερμοκρασία περιβάλλοντος, 23°C και 35°C), (ii) συγκέντρωση πολυμερούς (0,5 g/L και 1,0 g/L), (iii) προσθήκη εξωτερικών πηγών άνθρακα (γλυκόζη, οξικό οξύ), και (iv) προσθήκη πηγών αζώτου (αμμωνιακό άζωτο και ουρία). Η ενεργός ιλύς προερχόταν από διαφορετικές φάσεις λειτουργίας της ΕΕΛ, με σκοπό τη μελέτη της επίδρασης της μεταβλητότητας της αρχικής μικροβιακής βιομάζας. Η παρακολούθηση των πειραμάτων περιλάμβανε μετρήσεις διαλυτού COD, ολικών αιωρούμενων στερεών (TSS), pH, αμμωνιακού αζώτου, πτητικών λιπαρών οξέων (ΠΛΟ), καθώς και της συγκέντρωσης των προστιθέμενων πηγών άνθρακα και υπολειπόμενου PHB. Παράλληλα, έγινε χαρακτηρισμός των αρχικών ιλύων και κανονικοποίηση των αποτελεσμάτων με βάση τα χαρακτηριστικά τους. Τα αποτελέσματα ανέδειξαν τη σαφή θετική επίδραση της αυξημένης θερμοκρασίας (35°C) στη βιοαποδόμηση του PHB, με τον υψηλότερο ρυθμό διάσπασης να καταγράφεται στα 7.88 mg·L⁻¹·h⁻¹ (κανονικοποιημένος 2.05 mg·g⁻¹ VSS·h⁻¹), έναντι χαμηλότερων τιμών στους 25°C και περιβάλλοντος. Αντίθετα, η αύξηση της συγκέντρωσης του πολυμερούς στα 1 g/L οδήγησε σε μείωση της αποδόμησης, γεγονός που καταδεικνύει τον περιοριστικό ρόλο της συγκέντρωσης υποστρώματος. Η προσθήκη εξωτερικών πηγών άνθρακα βελτίωσε σημαντικά τις αποδόσεις, με τη γλυκόζη να μειώνει τους ρυθμούς (έως 5.23 mg·L⁻¹·h⁻¹) και το οξικό να επιτυγχάνει υψηλότερες τιμές (6.23 mg·L⁻¹·h⁻¹). Η ενίσχυση με άζωτο είχε πιο περιορισμένη αλλά μετρήσιμη επίδραση, με την ουρία και το NH₄Cl να φτάνουν έως 7.12 και 7.02 mg·L⁻¹·h⁻¹ αντίστοιχα. Τέλος, πραγματοποιήθηκε πείραμα υπό τις βέλτιστες συνθήκες, στο οποίο αξιολογήθηκε ο ρόλος της εγκλιματισμένης για 5 ημέρες λυματολάσπης, λαμβάνοντας υπόψη και περιβαλλοντικά δεδομένα της ΕΕΛ. Το αποτέλεσμα ήταν η σαφώς ταχύτερη αποδόμηση του βιοπλαστικού, με μη γραμμική τάση, γεγονός που καταδεικνύει την καθοριστική επίδραση του εγκλιματισμού της ιλύος στις απαιτούμενες συνθήκες. Η μελέτη συμβάλλει στην κατανόηση της συμπεριφοράς των PHAs σε μονάδες επεξεργασίας λυμάτων και ενισχύει τη βάση για την περιβαλλοντική αποτίμηση και τον σχεδιασμό διαχειριστικών πρακτικών για τα βιοπλαστικά και αποτελεί μία από τις πρώτες πειραματικές μελέτες που διερευνούν τη βιοαποδόμηση εμπορικού PHB σε πραγματικό περιβάλλον ενεργού ιλύος από οξειδωτική τάφρο. Η προσέγγιση συνδυάζει κρίσιμες περιβαλλοντικές παραμέτρους και χαρακτηριστικά λειτουργίας ΕΕΛ με αξιολόγηση της επίδρασης εξωτερικών προσθηκών. | |
| dc.description.translatedabstract | This thesis focuses on the study of the biodegradation of polyhydroxybutyrate (PHB), an important biodegradable polymer of the polyhydroxyalkanoate (PHA) family, in an environment of active sludge originating from the oxidation ditch of an urban wastewater treatment plant (WWTP). The presence of polyhydroxyalkanoates (PHAs) in WWTPs is likely due to the increasing use of bioplastics in everyday applications and their disposal in the municipal sewage system. In addition, organisms of the genre Paracoccus, Pseudomonas, and Bacillus, which are found in activated sludge, are capable of biosynthesizing and degrading PHAs themselves. Therefore, behavioral evaluation of these polymers under real sludge conditions is critical for their sustainability and management in the context of the circular economy. Small-scale batch experiments lasting one week were carried out, using fresh activated sludge in each case. Commercial PHB in powder form was used as the substrate, and the effect of critical pa-rameters on its biodegradation was investigated: (i) temperature (fluctuating ambient temperature, 23°C and 35°C), (ii) polymer concentration (0.5 g/L and 1.0 g/L), (iii) addition of external carbon sources (glucose, acetic acid), and (iv) addition of nitrogen sources (ammonium nitrogen and urea). The activated sludge originated from different phases of WWTP operation, in order to study the effect of the variability of the initial microbial biomass. The monitoring of the experiments included measurements of soluble COD, total suspended solids (TSS), pH, ammonium nitrogen, volatile fatty acids (VFA), as well as the concentration of added carbon sources and residual PHB. At the same time, the initial sludge was characterized and the results were normalized based on their characteristics. The results highlighted the clear positive effect of elevated temperature (35°C) on PHB biodegra-dation, with the highest degradation rate recorded at 7.88 mg·L⁻¹·h⁻¹ (normalized 2.05 mg·g⁻¹ VSS·h⁻¹), compared to lower values at 25°C and ambient conditions. In contrast, increasing the poly-mer concentration to 1 g/L led to reduced degradation, indicating the limiting role of substrate con-centration. The addition of external carbon sources significantly influenced the performance, with glucose resulting in lower rates (up to 5.23 mg·L⁻¹·h⁻¹), while acetate achieved higher values (6.23 mg·L⁻¹·h⁻¹). Nitrogen supplementation had a more limited but measurable effect, with urea and NH₄Cl reaching 7.12 and 7.02 mg·L⁻¹·h⁻¹, respectively. Finally, an experiment under optimal conditions evaluated the role of 5-day acclimated activated sludge, taking into account the environmental parameters of the WWTP. The outcome was a markedly faster PHB degradation, following a non-linear trend, confirm-ing the decisive impact of sludge acclimation under the required conditions. The study contributes to the understanding of the behavior of PHAs in wastewater treatment plants strengthening the basis for environmental assessment and the design of management prac-tices for bioplastics. It is one of the first experimental studies to investigate the biodegradation of commercial PHB in a real-life activated sludge environment from an oxidation ditch. The approach combines critical environmental parameters and WWTP operating characteristics with an assessment of the impact of external additives. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/31564 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.rights | CC0 1.0 Universal | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/ | |
| dc.subject | Μικροβιακή αποδόμηση | |
| dc.subject | Βιοπλαστικά | |
| dc.subject | Πολυυδροξυαλκανοϊκοί εστέρες | |
| dc.subject | Ενεργός ίλυς | |
| dc.subject | Ρυθμός αποδόμησης | |
| dc.subject.alternative | Microbial degredation | |
| dc.subject.alternative | Bioplastics | |
| dc.subject.alternative | Polyhydroxyalkanoate esters | |
| dc.subject.alternative | Active sludge | |
| dc.subject.alternative | Degradation rate | |
| dc.title | Πειραματική διερεύνηση κρίσιμων παραμέτρων αποδόμησης πολυυδροξυαλκανοϊκών εστέρων σε περιβάλλον ενεργού ιλύος | |
| dc.title.alternative | Experimental investigation of critical parameters for the degradation of polyhydroxyalkanoate esters in an activated sludge environment |
Files
Original bundle
1 - 1 of 1
Loading...
- Name:
- Διπλωματική Εργασία - Κωνσταντίνος Κολώνας 1067244 .pdf
- Size:
- 3.87 MB
- Format:
- Adobe Portable Document Format
License bundle
1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
- Name:
- license.txt
- Size:
- 5.02 KB
- Format:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Description: