Solar disinfection of secondary effluent and the subsequent bacterial regrowth : considerations, limitations and environmental perspectives

Abstract

The present Thesis deals with the solar disinfection of synthetic secondary effluent under laboratory controlled conditions, focusing on the post-irradiation bacterial regrowth. The influence of various internal and external factors and their effect on solar disinfection, as well as bacterial regrowth kinetics are the subject under question. With the aid of a common fecal indicator microorganism, the effects of light intensity, temperature, initial bacterial concentration, light energy (wavelength), manner of delivery (continuous-intermittent) were investigated. Also, the post-treatment events, such as dark repair, photoreactivation and the survival in natural water matrices were assessed, along with the use of technical means (flow photoreactors with recirculation) and advanced oxidation processes (photo-Fenton and sonication) for regrowth risk minimization. The findings provided valuable output, conclusions on the suitability of solar irradiation as a secondary wastewater disinfection technique, indicating the limitations of its applicability, the considerations on the treatment specifications and its environmental perspectives.

Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή πραγματεύεται την απολύμανση δευτεροβάθμια επεξεργασμένων τεχνητών λυμάτων υπό ελεγχόμενες συνθήκες, μελετώντας το φαινόμενο της επανανάπτυξης / επανεμφάνισης των μικροοργανισμών μετά την ακτινοβολία των λυμάτων. Αντικείμενό της είναι η μελέτη της επίδρασης μιας ευρείας γκάμας ενδογενών και εξωγενών παραγόντων τόσο κατά την διαδικασία της απολύμανσης, όσο και στην κινητική του βακτηριακού πληθυσμού. Με τη χρήση κοινών οργανισμών δεικτών κοπρανώδους μόλυνσης, μελετήθηκε η επίδραση του αρχικού βακτηριακού πληθυσμού, η ένταση και το μήκος κύματος της ακτινοβολίας, η θερμοκρασία απολύμανσης και ο τρόπος παροχής του φωτός (συνεχής-ασυνεχής) κατά την διαδικασία. Μελετήθηκαν ακόμα τα φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα μετά την ακτινοβολία, όπως το φαινόμενο της επανανάπτυξης του βακτηριακού πληθυσμού στο σκοτάδι, η φωτο-επιδιόρθωση και η επιβίωση των μικροοργανισμών σε φυσικά νερά μετά την ακτινοβολία. Διερευνήθηκε τέλος η δυνατότητα χρήσης αντιδραστήρων συνεχούς ροής με επανακυκλοφορία και ο συνδυασμός εφαρμογής προχωρημένων μεθόδων οξείδωσης (αντιδραστήριο photo-Fenton) με υπερήχους, στοχεύοντας στην ελαχιστοποίηση της πιθανότητας επανανάπτυξης των μικροοργανισμών. Τα αποτελέσματα κατέδειξαν ενδεδειγμένες πρακτικές εφαρμογής, συμπεράσματα για την καταλληλότητα της ηλιακής ακτινοβολίας ως μεθόδου απολύμανσης δευτεροβάθμια επεξεργασμένων λυμάτων, προβληματισμούς όσον αφορά τις τεχνικές λεπτομέρειες και περιβαλλοντικές ανησυχίες.

Aquesta tesi tracta de la desinfecció d’un efluent secundari sintètic mitjançant llum solar en condicions controlades de laboratori, centrant-se en el recreixement dels bacteris després de la irradiació. La influencia de diversos factors interns i externs i el seu efecte en la desinfecció solar, així com la cinètica del recreixement bacterià són els temes estudiats. Amb l’ajuda d’un microorganisme indicador comú de contaminació fecal, es van investigar els efectes de la intensitat de la llum, de la temperatura, de la concentració inicial de bacteris, de l’energia lluminosa (longitud d’ona) i de la seva forma d’aplicació (contínua o intermitent). També es van estudiar els esdeveniments del posttractament, com son la reparació en foscor, la fotoreactivació i la supervivència en matrius naturals, així com l’ús de recursos tècnics (fotoreactors amb recirculació) i processos avançats d’oxidació (photo-Fenton i sonicació) per minimitzar el risc de recreixement. Els resultats obtinguts han permès formular conclusions valuoses sobre la idoneïtat d’utilitzar la radiació solar com a tècnica secundaria de desinfecció d’aigües residuals, indicant les limitacions de la seva aplicació, les consideracions sobre les especificacions del tractament i les seves perspectives ambientals.

En la presente Tesis doctoral se estudia la desinfección solar de un efluente secundario sintético en condiciones controladas de laboratorio, centrándose en el recrecimiento bacteriano después del tratamiento de irradiación. La influencia de diversos factores tanto internos como externos y sus efectos sobre la desinfección solar, así como el recrecimiento bacteriano son el tema principal de esta investigación. Empleando un microorganismo indicador fecal común, se investigaron los efectos de la intensidad de la luz, la temperatura, la concentración bacteriana inicial, la energía de la luz (longitud de onda) y la forma de suministro (continua-intermitente). Asimismo, se evaluaron los eventos posteriores al tratamiento, tales como la reparación oscura, la fotorreactivación y la supervivencia en matrices acuosas naturales, así como el uso de medios técnicos (fotorreactores de flujo con recirculación) y procesos de oxidación avanzada (foto-Fenton y sonicación) para mitigar el riesgo de recrecimiento. Los hallazgos proporcionaron valiosos resultados, conclusiones referentes a las aplicaciones prácticas, conclusiones sobre la adecuación de la irradiación solar como técnica de desinfección de aguas residuales secundarias, con indicaciones a las limitaciones de su aplicabilidad, consideraciones sobre las especificaciones del tratamiento y sus perspectivas ambientales