Індекс рубрикатора НБУВ: П032.34 + П038.0

Рубрики:

Вміст, форми та хімічні перетворення неорганічних речовин у ґрунті

Агроекологічний моніторинг, контроль і оцінювання стану ґрунтів

Шифр НБУВ: Ж101239 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Встановлено раціональний якісний і кількісний склад гранул фосфогіпсу, що використовується як завантаження для систем біохімічного очищення газових викидів. Здійснено вивчення зон біотрансформації компонентів фосфогіпсу за допомогою растрової мікроскопії. Досліджено біоплівку, утворену сіркоокисними бактеріями на поверхні гранул, та елементарну сірку метаболіт, відкладений у процесі окиснення сірководню. Визначено фізико-хімічні властивості біосірки, продукованої у результаті біохімічного газоочищення сульфурвмісних газових потоків у біофільтрах із завантаженням із фосфогіпсу. Проаналізовано моделі метаболічних шляхів сіркоокисних бактерій, що забезпечують окиснення сульфурвмісних сполук до легко доступних для рослин форм із використанням електронних баз даних KEGG database, MetaCyc та EzTaxon database. Визначено біохімічні механізми трансформацій біосірки за залучення її до процесу S-живлення рослин, що надасть можливість її утилізувати в агроекосистемах. Обгрунтовано комбіновану схему шляхів бактеріального окиснення сульфіду до сульфату. Оцінено видову структуру еколого-трофічних груп мікроорганізмів, що беруть учать в окисненні сірки, серед яких хемолітотрофні бактерії з роду Thiobacillus є домінантними. Розроблено загальну технологічну схему утилізації фосфогіпсу з продукуванням біосірки в системах біохімічного газоочищення. Отримано екологічні ефекти від впровадження запропонованої технологічної системи: видалено домішки (сірководню, вуглекислого газу) з газових викидів; утилізовано відхід хімічної промисловості - відвальний фосфогіпс; вироблено біосірку як продукт, що застосовується для покращання S-живлення в агроекосистемах.

The paper is focused on the research of migration process of heavy metals in the soil environment in the area of phosphogypsum storage in Sumy region. In the profile of the gray forest soils the corresponding genetic horizons were identified. The various structures of compounds containing heavy metals were detected in the samples by the diffractometric analysis. The increased gross content of lead in comparison with the background concentration in allocated humus and illuvial horizons has been determined.

Ecological and biochemical analysis of transformations of sulfur compounds of natural and technogenic genesis is carried out in the article. Biochemical analysis was based on metabolic models of bacteria Thiobacillus sp., Acidithiobacillus sp. etc. and the study of ecological trophic groups of microorganisms using the KEGG database to establish the regularities of sulfur transformations produced using secondary raw materials. The ways of attracting bacterially transformed sulfur by plant systems as an environmentally safe direction for improving S-nutrition in the ecosystem were determined.

Увагу приділено вивченню можливості використання мінеральних носіїв з сірки (біо-сірки / елементарної сірки) в системах анаеробного очищення стічних вод за умов автотрофної денітрифікації. Теоретичні аспекти роботи засновані на біохімічної формалізації процесів очищення з використанням системно-синергетичного підходу для опису закономірностей автотрофних денітрифікуючих мікроорганізмів на основі принципів автокаталізу природних систем. Спеціальне програмне забезпечення використовувалося для визначення необхідних екологічних і трофічних груп мікроорганізмів та для реалізації схем трофічних взаємодій в асоціаціях мікроорганізмів-денітрифікаторів. Таксономічна класифікація призначена на основі бази даних KEGG (Кіотська енциклопедія генів і геномів). Розроблена система біофільтрації для проведення денітрифікації модельних стічних вод з використанням біо-сірки і газової сірки. Метод фільтрації використовується в анаеробних умовах з іммобілізацією на носії з сірки аутотрофний денітрифікуючих бактеріальних видів Thiobacillus denitrificans і Thiomicrospira denitrificans. Трансформації сірки цими мікроорганізмами призводить до відновлення нітратів до нітритів і до вивільнення молекулярного азоту. Механізми конверсії сірки в природних екосистемах дозволяють зробити висновок про доцільність використання її як сорбційного сірковмісного мінерального носія в системах очищення стічних вод з конверсією в органічну форму (з карбонатом мікробних клітин). Модель шляхів взаємодії в асоціації гетеротрофних і автотрофних денітрифікуючих бактерій у процесі очищення стічних вод і мулових осадів була сформована за умови присутності елементарної сірки. Описано енергетичні реакції і реакції синтезу для автотрофної денітрифікації. Впровадження систем очистки стічних вод з використанням процесу автотрофної денітрифікації дасть змогу розширити сферу застосування ряду побічних продуктів, таких як газоподібна сірка та біо-сірки, які в даний час мінімальні для традиційної промислової переробки.

Наведені теоретичні дослідження біохімічних особливостей оброблення низькоякісного вугілля. Представлені біохімічні основи деградації органічних компонентів низькоякісного вугілля і біохімічні принципи біологічного вилучення з нього металів та сполук сірки. Проведено аналіз груп мікроорганізмів і визначені оптимальні умови вирощування останніх. Для ідентифікації необхідних екологічних і трофічних груп мікроорганізмів, а також для реалізації закономірності трофічних взаємодій у асоціаціях різних груп мікроорганізмів як в анаеробних, так і в аеробних умовах використовувались електронні бази даних KEGG, BacDive і EAWAG-BBD. З метою розроблення екологічно безпечного напрямку виробництва біогазу і гумінових продуктів застосовано методологічний підхід та сформована принципова схема біохімічних досліджень переробки низькоякісного вугілля.

Досліджено механізм впливу магнітної обробки на фізико-хімічні властивості водних розчинів з урахуванням характеру змін кінетики хімічних реакцій. Використано теоретичний аналіз геометрії магнітного поля в апаратному обладнанні технологій очищення води. Проведено огляд сучасних даних про фізико-хімічні процеси, обумовлені впливом магнітної обробки на властивості та структуру водних розчинів. Здійснено розширення концептуальних засад теорії механізму магнітної обробки з урахуванням впливу неоднорідного магнітного поля на лібраційні коливання молекул води з подальшим їх руйнуванням і порушенням орто-пара-відношення у бік більш хімічно активних молекул води. Отримана формалізована модель пояснює природу ефектів, шо спостерігаються після впливу магнітного поля на водні розчини та може бути використана для оптимізації режимних параметрів процесів підготовки та очищення води.

Досліджено прикладні аспекти рекультивації грунтів, зокрема процес зв'язування важких металів та інтенсифікації вирощування грунтового мікробіома з використанням різних органічно-мінеральних композицій: біогенний композит, який є продуктом анаеробного перетворення осадів стічних вод і фосфогіпсу; органічно-мінеральний компост на основі суміші фосфогіпсу, суперфосфату і гумусу великої рогатої худоби; та комбінацію суміші гумату натрію і суперфосфату. Проведена інтеграція теоретичних і експериментальних принципів в синергетичний аналіз взаємозв'язків у системі "об'єкт - предмет дослідження" при вивченні динаміки змін форм знаходження важких металів у грунті. Відсотковий вміст мобільних форм важких металів, що виділяються екстрагентом від їх питового вмісту до і після обробки грунту органічно-мінеральними композиціями визначено з використанням спектрофотометричного методу. Здійснено порівняння ефективності обробки грунту. Використання методів математичної статистики дозволило довести кореляційний зв'язок між динамікою значень окислювальної здатності біомаси для біома грунту і швидкостю окислення субстрату для різного вмісту біокомпозиту.

An important direction of forming an effective system for recycling waste of various genesis is to optimize the processes of their treatment using the latest information resources. The paper deals with theoretical studies of directions for the systematization and optimization of anaerobic waste processing technologies using ontological tools based on information resources. Significant scientific support to biochemical research is provided by electronic bioinformatics databases such as KEGG, BacDive, and EAWAG-BBD, etc., which provide access to a collection of graphical representations and text descriptions of metabolic or signal pathways, schemes of regulation of biological processes, information about the organism. They cover various aspects of bacterial and archaic biodiversity, information on microbial biocatalytic reactions and biodegradation pathways of mainly xenobiotic chemical compounds. Also, in the course of work based on analytical data of electronic databases of bioinformatics, in particular, the interaction of necessary ecological and trophic groups of microorganisms, biochemical simulation of anaerobic waste processing with biofuel production was carried out.

The situation with the processing and disposal of radioactive waste, including the liquid phase, is not resolved. Many questions remain regarding the environmental safety of processes and the technological implementation of the most energy-efficient solutions. Thus, the article's main attention is paid to theoretical studies of the development innovation directions of radioactive waste processing using the VOSviewer software tool. The clusters were formed under modeling directions of application of radiolysis for radioactive waste utilization: the red cluster includes research of radionuclide sorption processes and their concentration for radiolysis of liquid media; the green cluster concerns factors of influence on water radiolysis in hydrogen production; the yellow cluster includes research areas of natural processes related to radiolysis; the blue cluster is connected with mathematical modeling of radiolysis process with fuel production and engineering implementation and the purple cluster related to the processes of radioactive waste management and disposal as well as the application of radiolysis for this purpose. The cluster simulations of nanoparticle and radiolysis applications for radioactive waste treatment have resulted in a new energy recovery strategy. The development of new matrix materials in combination with nanoparticles for the agglomeration and concentration of radionuclides is a promising innovation method improving radiolysis under hydrogen production from radioactive waste.

This paper focuses on studying the effect of electrolytic water on wastewater decontamination processes, using model solutions and wastewater from the food-processing plant. The aqueous solutions under study were obtained by changing the redox potential (ORP), and pH of ordinary tap water using a pH corrector, which is a flow-through electrolyzer with a membrane separating the cathode and anode zones, and the solutions were obtained by adding to tap water a solution containing products of electrokinetic synthesis. Parameters that changed as a result of the study: ORP, TDS, pH. Solutions capable of almost complete inhibition of the vital activity and growth of microorganisms were obtained. Also, solutions were obtained that promoted their development, and when seeding them on a dense nutrient medium, there was continuous growth. Further research is advisable to detail the technical and economic indicators of municipal and industrial facilities' water supply and sewerage schemes with preventive water treatment processes.

Індекс рубрикатора НБУВ: Н761.204

Рубрики:

Очищання стічних вод

Шифр НБУВ: Ж101239 Пошук видання у каталогах НБУВ 

This article focuses on studying biotechnologies for remediation of soils contaminated with heavy metals to determine further the most effective methods for cleaning soils from the action of toxicants with their subsequent implementation in practice. The soil restoration methods were analyzed, their advantages and disadvantages were identified, making it possible to establish that biological methods are the safest and most environmentally friendly. The expediency of using biological methods lies in the possibility of breeding strains of microorganisms that destroy soil toxicants. However, the efficiency of microbial cultures is not equally high due to a narrow range of favorable conditions for functioning, the risk of manifestation of the phenomenon of degeneration of microorganisms until the required level of soil purification is achieved. This confirms the prospects for the further development of this direction and the search for ways to eliminate certain disadvantages of biological methods. For an integrated biotechnological solution to soil remediation, a scheme of aerobic plants was developed, which is characterized by two stages: aerobic soil cultivation with biocomposite and a phytoremediation stage for additional purification and control of the content of toxicants in the soil.

The study discussed the use of phosphogypsum by-product waste in anaerobic digestion processes. Besides the production of biogas from plant substrate with the addition of phosphogypsum, the focus was placed on the enrichment of digestate with phosphogypsum as a mineral additive to increase the concentration of valuable macro- and microelements. The component composition of the obtained digestates was analyzed, and opportunities for additional research were determined. Research on the use of mineral additives in anaerobic digestion is considered promising. Phosphogypsum favors the quality of digestate as an organic mineral fertilizer with a higher content of mineral components. Furthermore, the contribution of phosphogypsum to plant substrate to achieve higher biogas production is not apparent, but with an impact on the component composition of biogas; however, there is an opportunity to consider the potential benefits of using the additive with another type of substrate waste for the anaerobic digestion process.

The paper is devoted to the study of directions of application of combined systems for obtaining biofuels and biopolymers using electro-oxidative processes, namely electro-fermentation. In the course of the work, a step-by-step methodology of research is shown, and the relationship between different bioinformatic databases in their combined use is described, which made it possible to identify trends in electro-fermentation systems with the production of bio-based products. A review of possible electro-fermentation systems with major bio-product production was performed. The possibility of including anaerobic producers of organic acids, namely lactic acid, for the needs of biopolymerization, with bioinformatic databases was substantiated. The model of the process of anaerobic fermentation with the production of organic acids for biopolymerization has been formed. The analysis of bioinformatic databases showed that the strains Anaerotignum propionicum X2, isolated from silty bottom sediments, and Anaerotignum propionicum 19acry 3, isolated from an operating anaerobic reactor, have the most significant indicators of lactate productivity. The conditions for their cultivation with an indication of nutrient media and modification of their composition are considered.

This article is devoted to the analysis and prospects of using different types of organic waste to achieve environmental goals. Due to the unique climate and natural resources, Ukraine has significant potential for biomass, the processing of which should solve urgent problems with the disposal of waste, as well as the production of alternative energy sources and biofertilizers. The preferred substrates for anaerobic digestion in Ukraine, considering the technological feasibility, availability, and volume are animal manure (cattle, pigs), bird droppings, plant residues, industrial sludge, common sludges. After analyzing the statistics for 2015 - 2019, the groups of dominant wastes were identified, and with the help of the builtin function "TREND", the forecast of the waste potential with an organic component for 2021 - 2026 was constructed. Examining the obtained indicators for different types of waste, the reasons for the tendency of decrease or increase in their formation in the next five years were revealed. The direction of enhancing the sustainability of bioenergy, achieving environmental goals through the bioprocessing of organic waste associated with the ecological safety of production processes were discussed.