Визначено основні закономірності та механізми фіксації важких металів у компонентах осадів стічних вод (ОСВ) через дослідження, які проведені на надлишкових мулах і осадах з площадок складування міських очисних споруд м. Суми. Розглянуто механізми адаптації біологічних агентів до впливу важких металів в аспекті подальшої розробки біотехнології детоксикації ОСВ. Обгрунтовано можливість сумісної переробки ОСВ та фосфогіпсу шляхом анаеробної мікробіологічної конверсії з осадженням важких металів сірководнем, який одержано у біогенному процесі.

Наведено аналіз особливостей створення біотехнологічних систем конверсії осадів стічних вод та обгрунтовано можливість застосування біосульфідної обробки осадів стічних вод. Наведено огляд літератури в контексті дослідження методів та умов попередньої обробки. Обгрунтовано можливість застосування гіпсових відходів як сульфурвмісних домішок під час обробки органічних осадів. Розглянуто основні етапи сумісної обробки осадів стічних вод та гіпсових відходів. Визначено найбільш оптимальні методи попередньої обробки за для досягнення глибокої анаеробної мікробіологічної деградації суміші відходів. Проаналізовано технологічну ефективність застосування таких систем.

Розглянуто відомі технології видалення важких металів із осадів міських стічних вод. Обгрунтувано можливість застосування біосульфідної технології для обробки осадів міських стічних вод сумісно з відходами хімічної промисловості та розроблені основні вимоги до технології.

Увагу приділено зниженню рівня техногенного впливу на навколишнє середовище осадів стічних вод (ОСВ), що утворюються на міських очисних спорудах, шляхом створення екологічно безпечної технології їх утилізації, розробки технологічної системи анаеробного знешкодження осадів разом із фосфогіпсом зі зв'язуванням іонів важких металів біогенним сірководнем у стійкій сульфідній фракції. Проведено системний аналіз циклу екосистемних трансформацій ОСВ у напряму зниження техногенного впливу на навколишнє середовище. Запропоновано біохімічну та математичну моделі процесу знешкодження осадів разом із фосфогіпсом. Експериментально визначено оптимальні технологічні параметри роботи анаеробного біореактора в процесі знешкодження ОСВ разом із фосфогіпсом. Розроблено технологічну схему процесу та запропоновано методику інженерного розрахунку конструктивно-технологічних параметрів анаеробного біореактора.

Розглянуто основні чинники ведення процесу осадження важких металів біогенним сірководнем. Проаналізовано умови ефективного функціонування технологічних систем на основі біохімічної сульфатредукції. Обгрунтовано можливість застосування гіпсових відходів як сульфурвмісних домішок у процесі обробки органічних осадів. Розроблено кілька варіантів технологічної схеми видалення важких металів з органічних осадів стічних вод.

Запропоновано спосіб біологічного очищення сірковмісних газів за допомогою сульфід окиснювальних тіобактерій, інокульованих у біофільтр на гранулах фосфогіпсу. Визначено оптимальні параметри протікання процесу газоочищення, за яких ефективність видалення сірководню сягає 98,22 %. Показано, що додатковими перевагами запропонованого способу очищення є отримання елементарної сірки та утилізація фосфогіпсу.

Надано результати аналізу моделей нелінійної кінетики екосистемних процесів при впливі забруднювачів і поширенні органічних домішок у довкіллі. Обгрунтовано необхідність урахування у ході аналізу антропогенного впливу на біосферу процесів автокаталізу та самоорганізації живих систем. Розроблено модель синергетичних закономірностей еволюції видів у контексті традиційного континуального уявлення під час обліку біфуркаційних механізмів синергетичної теорії пізнання.

Надано результати дослідження процесу іммобілізації бактерій Thiobacillus sp. на поверхні мінерального носія, що виготовлений на основі дигідратного фосфогіпсу. Проаналізовано ефективність видалення сірководню з біогазу та оцінено можливість використання фосфогіпсових відходів як завантаження-підживлення, що є джерелом потрібних для мікроорганізмів макро- та мікроелементів, та стимулює розвиток ацидофільної асоціації, яка здатна окиснювати сірководень з утворенням елементарної сірки в кислому середовищі.

Запропоновано спосіб утилізації фосфогіпсу як стимулювальної добавки для інтенсифікації процесу біологічної дефосфатації стоків та мулових осадів за умов сульфатредукції. Застосування цього способу дає змогу підвищити рівень екологічної безпеки водних екосистем. Визначено вплив дози фосфогіпсу та зміни значень хімічного споживання кисню під час анаеробної конверсії на процес виділення фосфатів у розчин. Установлено, що ступінь приросту концентрації фосфат-іонів у розчині після обробки мулових осадів у присутності дигідратного фосфогіпсу сягає 80 %.

Розглянуто основи розроблення біотехнологічних процесів захисту довкілля та біохімічного перероблення відходів. Увагу приділено типовим завданням, методам реалізації біотехнологічних виробництв екологічного спрямування в різних галузях промисловості та сільському господарстві. Розглянуто стадії біотехнологічних процесів та їх апаратне оформлення. Відзначено, що підтримання та підготовка чистої культури є дуже важливими аспектами передферментаційної стадії, оскільки продуцент, його фізіолого-біохімічні характеристики та властивості визначають ефективність усього біотехнологічного процесу.

Досліджено проблеми зниження рівня техногенного навантаження на довкілля від відвалів відходів хімічної промисловості на основі розроблення еколого-синергетичного підходу до визначення синергетичних ефектів процесів накопичення та складування масивів фосфогіпсу, що сприяють зниженню впливу на прилеглі до урбоекосистем території. Сформовано еколого-синергетичні засади моделювання впливу відвалів фосфогіпсу на природні компоненти довкілля, зокрема, розроблено наукові засади оцінювання техногенного впливу процесу накопичення фосфогіпсу на екосистему та здійснено моделювання міграції важких металів (ВМ) із техногенного масиву відвалу в ґрунтовий комплекс едафотопу. Розроблено наукові засади створення технологічних схем утилізації фосфогіпсу в системах біодесульфуризації газових потоків з рециклінгом матеріальних потоків, що забезпечить формування нового напряму його використання в технологіях захисту атмосферного повітря зі створенням екологічно безпечної технології оброблення та отриманням корисних продуктів утилізації, що ґрунтуються на еколого-синергетичних процесах сорбційної іммобілізації на носії з фосфогіпсу. Для підвищення екологічної безпеки станцій очищення стічних вод обґрунтовано напрям утилізації фосфогіпсу в системах анаеробної стабілізації стічних вод та мулових осадів (МО) для інтенсифікації процесів дефосфатації. Визначено еколого-синергетичні механізми вилучення фосфатів зі стоків і МО при введенні в систему фосфогіпсу в технологіях захисту водних екосистем. Для підвищення рівня екологічної безпеки природно-антропогенних ландшафтів, забруднених ВМ, досліджено еколого-синергетичні механізми впливу біокомпозита у системі "ґрунт – мікробний біом – токсикант" та виявлено ряд протекторних перетворень, що визначають довгострокову фіксацію ВМ у стійких нерозчинних структурах. Здійснено математичне моделювання впливу біокомпозита як продукту анаеробної стабілізації МО та фософгіпсу на захисні функції ґрунту та відповідно розроблено еколого-синергетичну модель його впливу на процес природного регулювання буферних властивостей ґрунтового комплексу.