Transport phenomena and dynamics of microbial biofilm growth during the biodegradation of organic pollutants in porous materials : hierarchical theoretical modeling and experimental investigation

Numerous bacteria are able to form biofilms at the interface between an aqueous solution and another fluid, solid or porous material. Biofilm growth in porous media is of key importance in a variety of processes, such as the biodegradation of pollutants in soil and biologically enhanced oil recovery from subsurface reservoirs. In the present work, the transport phenomena and the dynamics of biofilm growth during the biodegradation of organic pollutants in porous media are studied. The main goals and results of the dissertation are developed along the following axes. The first axis involves the conduction of experiments of biofilm growth in glass models of porous media for the elucidation of the clogging mechanism on the pore scale and the permeability-porosity correlation on the scale of the porous medium. The second axis involves the development of a methodology for the mathematical description of: (a) the diffusive mass transfer process, and, (b) the momentum transfer during the flow of the extra-cellular aqueous solution in cellular biological media (biofilms, microbial flocs, tissues). The methodology combines the spatial averaging method via a weight function for the formulation of the governing equations, with unit cell models for the calculation of the coefficients that enter the governing equations. The third axis involves the development of a novel, hierarchical, hybrid simulator of the dynamic behavior of microbial biofilms in porous materials. The simulator predicts: (a) the structural and biological heterogeneity on the biofilm scale, (b) the pattern and rate of growth rate of biofilms in the pores of realistic porous structures, and (c) the conjugate alteration of the flow field and the spatial distribution of the concentration of solutes. - See more at: http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/1693?mode=full&submit_simple=%CE%95%CE%BC%CF%86%CE%B1%CE%BD%CE%AF%CF%83%CF%84%CE%B5+%CF%84%CE%B7%CE%BD+%CF%80%CE%BB%CE%AE%CF%81%CE%B7+%CE%B5%CE%B3%CE%B3%CF%81%CE%B1%CF%86%CE%AE#sthash.MXt83sOL.dpufΠολλοί μικροοργανισμοί έχουν την ικανότητα να σχηματίζουν βιοφίλμ στη διεπιφάνεια μεταξύ ενός υδατικού διαλύματος και ενός άλλου ρευστού, στερεού ή πορώδους υλικού. Η ανάπτυξη βιοφίλμ σε πορώδη υλικά έχει σημαντικό ρόλο σε πληθώρα διεργασιών, όπως η βιοαποδόμηση ρύπων στο έδαφος και η βιολογικά ενισχυμένη απόληψη πετρελαίου από ταμιευτήρες. Στην παρούσα εργασία μελετώνται τα φαινόμενα μεταφοράς και η δυναμική συμπεριφορά της ανάπτυξης μικροβιακών βιοφίλμ κατά τη βιοαποδόμηση οργανικών ενώσεων σε πορώδη υλικά. Οι κύριοι στόχοι και τα αποτελέσματα της διατριβής εντάσσονται σε τρεις άξονες. Ο πρώτος άξονας περιλαμβάνει τη διεξαγωγή πειραμάτων ανάπτυξης βιοφίλμ σε γυάλινα δοκίμια πορώδους μέσου για την αποσαφήνιση των μηχανισμών φραξίματος στην κλίμακα των πόρων και την συσχέτιση πορώδους-διαπερατότητας στην κλίμακα του πορώδους μέσου. Ο δεύτερος άξονας περιλαμβάνει την ανάπτυξη μιας μεθοδολογίας για τη μαθηματική περιγραφή: α) της διεργασίας μεταφοράς μάζας δια μοριακής διαχύσεως, και β) της διεργασίας μεταφοράς ορμής κατά τη ροή του εξωκυτταρικού υδατικού διαλύματος, σε κυτταρικά βιολογικά υλικά (βιοφίλμ, μικροβιακά συσσωματώματα, ιστοί). Η μεθοδολογία συνδυάζει τη μέθοδο χωρικής στάθμισης δια συνάρτησης βάρους για την ανάπτυξη των διεπουσών εξισώσεων, με μοντέλα μοναδιαίων κελιών για τον υπολογισμό των συντελεστών που υπεισέρχονται στις διέπουσες εξισώσεις. Ο τρίτος άξονας περιλαμβάνει την ανάπτυξη ενός νέου, ιεραρχικού, υβριδικού εξομοιωτή της δυναμικής συμπεριφοράς μικροβιακών βιοφίλμ σε πορώδη υλικά. Ο εξομοιωτής προβλέπει: α) τη δομική και βιολογική ετερογένεια στην κλίμακα του βιοφίλμ, β) τη μορφή και το ρυθμό ανάπτυξης του βιοφίλμ μέσα στους πόρους ρεαλιστικών πορωδών δομών, και γ) τη συζυγή μεταβολή του πεδίου ροής και της χωρικής κατανομής των συγκεντρώσεων διαλελυμένων χημικών ειδών. - See more at: http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/1693?mode=full&submit_simple=%CE%95%CE%BC%CF%86%CE%B1%CE%BD%CE%AF%CF%83%CF%84%CE%B5+%CF%84%CE%B7%CE%BD+%CF%80%CE%BB%CE%AE%CF%81%CE%B7+%CE%B5%CE%B3%CE%B3%CF%81%CE%B1%CF%86%CE%AE#sthash.MXt83sOL.dpu

Ναυαγοσωστική και τεχνική της κίνησης στο άθλημα του κάνοε-καγιάκ

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Το Κάνοε-Καγιάκ συνδέεται άμεσα με τη Ναυαγοσωστική κυρίως στις περιπτώσεις κινδύνου, σε θέματα επικοινωνίας με την ξηρά ή με κάποιο άλλο σκάφος όπως επίσης και με τους τραυματισμούς. Αρχικά, υπάρχουν ορισμένες διαδικασίες οι οποίες πρέπει να τηρηθούν σε περίπτωση που συμβεί ένα επείγον περιστατικό στο νερό και που ο ναυαγοσώστης οφείλει να γνωρίζει. ( εκτίμηση της κατάστασης του θύματος κτλ. ). Οι αρμοδιότητές του είναι πολλές και με σπουδαία σημασία η κάθε μια από αυτές ( ασφάλεια , πρόληψη τραυματισμών ) Αρωγός την προσπάθειά του αυτή, είναι εκτός από τις απαραίτητες γνώσεις του σε περιπτώσεις επείγουσας κατάστασης ( μανούβρα Heimlich, ΚΑΡΠΑ ) και τα σωστικά όργανα τα οποία πρέπει να έχει στην κατοχή του όπως : σωστικό σωλήνα , σωσίβιο , σανίδα διάσωσης ) Από τη μεριά τους , οι αθλητές του καγιάκ οφείλουν να γνωρίζουν όσο το δυνατόν καλύτερα το σκάφος τους , τη σωστή τεχνική της κίνησης , καθώς και τα απαραίτητα μέτρα ασφαλείας τα οποία πρέπει να έχουν πάρει. Ο αθλητής , εφόσον αποκτήσει την απαραίτητη αυτοπεποίθηση και την ισορροπιστική ικανότητα που απαιτεί το σκάφος , πρέπει να αρχίσει να μαθαίνει καλύτερα και με περισσότερες λεπτομέρειες τη βασική θέση του σώματος (προς τα εμπρός κλίση του πάνω μέρους του σώματος είναι περίπου 5-10 μοίρες, πλάτη ίσια, τα πόδια είναι λυγισμένα στην άρθρωση των γονάτων και σχηματίζουν μεταξύ τους γωνία , περίπου , 120-130 μοιρών ) αλλά και τις βασικές θέσεις του κουπιού ( επαναφοράς, εισόδου, καθετότητας, εξόδου ). Τα πιθανά λάθη που μπορεί να γίνουν σε κάθε μια από αυτές τις θέσεις είναι πολλά , για αυτό το λόγο ο αθλητής οφείλει να είναι συγκεντρωμένος στο στόχο του και σε αυτό που κάνει εκείνη τη στιγμή. Η τεχνική του μοντέρνου ολυμπιακού καγιάκ ήρεμων νερών αναπτύχθηκε μέσα στα χρόνια. Η εξελικτική αλλαγή πάντα συνδέεται με την ταυτόχρονη βελτίωση της τεχνικής σε σχέση με το σχέδιο της βάρκας ή του κουπιού. Έτσι λοιπόν, οποιαδήποτε αλλαγή πρέπει να παράγει περισσότερη ταχύτητα. Ιστορικά, διαφορετικές χώρες είχαν διαφορετικές τεχνικές οι οποίες άνηκαν σε διαφορετικούς κωπηλάτες. Αυτές οι διαφορετικές τεχνικές που έλαβαν μέρος ονομάστηκαν σχολές τεχνικής. Οι σχολές τεχνικής, αναφέρονται στην κατεύθυνση που έδινα οι τεχνικές επιτροπές μιας χώρας προς τους προπονητές των σωματείων της χώρας αυτής. . Όμως, όλες αυτές οι τεχνικές κατάγονται από τις ίδιες βασικές αρχές. ( Σκανδιναβική, Γερμανική, Ουγγαρέζικη, Σουηδική, Τσέχικη, Καναδική )Ν

Theoretical Insight into the Biodegradation of Solitary Oil Microdroplets Moving through a Water Column

In the aftermath of oil spills in the sea, clouds of droplets drift into the seawater column and are carried away by sea currents. The fate of the drifting droplets is determined by natural attenuation processes, mainly dissolution into the seawater and biodegradation by oil-degrading microbial communities. Specifically, microbes have developed three fundamental strategies for accessing and assimilating oily substrates. Depending on their affinity for the oily phase and ability to proliferate in multicellular structures, microbes might either attach to the oil surface and directly uptake compounds from the oily phase, or grow suspended in the aqueous phase consuming solubilized oil, or form three-dimensional biofilms over the oil–water interface. In this work, a compound particle model that accounts for all three microbial strategies is developed for the biodegradation of solitary oil microdroplets moving through a water column. Under a set of educated hypotheses, the hydrodynamics and solute transport problems are amenable to analytical solutions and a closed-form correlation is established for the overall dissolution rate as a function of the Thiele modulus, the Biot number and other key parameters. Moreover, two coupled ordinary differential equations are formulated for the evolution of the particle size and used to investigate the impact of the dissolution and biodegradation processes on the droplet shrinking rate