Універсальна біотехнологія знешкодження токсичних органічних відходів і металів з отриманням цінних продуктів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 28 грудня 2022 р.)

Універсальна біотехнологія знешкодження токсичних органічних відходів і металів з отриманням цінних продуктів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 28 грудня 2022 р.)

Доповідь присвячено дослідженню закономірностей взаємодії мікроорганізмів з органічними відходами і токсичними металами та визначенню способів їх знешкодження. Розглянуто шляхи оптимізації та підвищення ефективності цього процесу. Запропоновано підхід до створення універсальної біотехнології одночас...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2023
Автор: Говоруха, В.М.
Формат: Стаття
Мова:Ukrainian
Опубліковано: Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2023
Назва видання:Вісник НАН України
Теми:
Молоді вчені
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/192916
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Універсальна біотехнологія знешкодження токсичних органічних відходів і металів з отриманням цінних продуктів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 28 грудня 2022 р.) / В.М. Говоруха // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 2. — С. 85-90. — Бібліогр.: 5 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-192916
record_format dspace
spelling irk-123456789-1929162023-07-20T20:53:30Z Універсальна біотехнологія знешкодження токсичних органічних відходів і металів з отриманням цінних продуктів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 28 грудня 2022 р.) Говоруха, В.М. Молоді вчені Доповідь присвячено дослідженню закономірностей взаємодії мікроорганізмів з органічними відходами і токсичними металами та визначенню способів їх знешкодження. Розглянуто шляхи оптимізації та підвищення ефективності цього процесу. Запропоновано підхід до створення універсальної біотехнології одночасного зброджування багатокомпонентних органічних відходів та видалення розчинних токсичних металів з отриманням цінних продуктів: молекулярного водню, метану, твердого палива, біодобрива, концентрату металів та очищеної води. The report deals with the study of the patterns of microorganisms interaction with organic waste and toxic metals, the determination of pathways for their treatment, optimization of the process and increasing its efficiency, as well as the development of the approach for the universal biotechnology for the simultaneous fermentation of multicomponent organic waste and the removal of soluble toxic metals with obtaining of a number of valuable products: molecular hydrogen, methane, solid fuel, biofertilizer, metal concentrate and purified water. The approach is based on the thermodynamic prediction to optimize waste fermentation. It consists of the following principles: all microbial metabolism pathways are permissible only in H2O thermodynamic stability zone, in the range of Ео’ = –414…+814 mV; the optimal conditions for hydrogen and methane fermentation are pH = 7.0 under anaerobic conditions, i.e. at potential of –414 mV. Microbial metabolism regulation is necessary to achieve high efficiency of fermentation process. We have theoretically substantiated and experimentally confirmed 10 optimized fermentation parameters, such as pH (6.5—7.4), Eh (–350…–414 mV), particle size (5—20 mm), etc. The use of granular microbial preparation and the regulation of these parameters provided the significant increase in the speed and efficiency of hydrogen fermentation of waste. Using spatial succession, i.e. the change of ecosystem components, we have achieved complete purification of filtrate from soluble organic compounds formed after fermentation. The thermodynamic prediction provided an effective combination of organic waste degradation and metal-containing sewage treatment by obligate anaerobic microorganisms. The reduction of chromates to insoluble Cr(III) hydroxide by hydrogen-synthesizing anaerobic bacteria during hydrogen fermentation of model waste (potatoes) was shown to be possible even at Cr(VI) concentration equal to 1000 mg/L. Thus, the thermodynamic prediction method, the microbial metabolism regulation, the application of microbial preparations and spatial succession provided fast and effective treatment of a wide range of solid and liquid organic waste, as well as metal-containing sewage with obtaining of valuable products. 2023 Article Універсальна біотехнологія знешкодження токсичних органічних відходів і металів з отриманням цінних продуктів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 28 грудня 2022 р.) / В.М. Говоруха // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 2. — С. 85-90. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. 0372-6436 DOI: doi.org/10.15407/visn2023.02.085 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/192916 uk Вісник НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Ukrainian
topic Молоді вчені
Молоді вчені
spellingShingle Молоді вчені
Молоді вчені
Говоруха, В.М.
Універсальна біотехнологія знешкодження токсичних органічних відходів і металів з отриманням цінних продуктів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 28 грудня 2022 р.)
Вісник НАН України
description Доповідь присвячено дослідженню закономірностей взаємодії мікроорганізмів з органічними відходами і токсичними металами та визначенню способів їх знешкодження. Розглянуто шляхи оптимізації та підвищення ефективності цього процесу. Запропоновано підхід до створення універсальної біотехнології одночасного зброджування багатокомпонентних органічних відходів та видалення розчинних токсичних металів з отриманням цінних продуктів: молекулярного водню, метану, твердого палива, біодобрива, концентрату металів та очищеної води.
format Article
author Говоруха, В.М.
author_facet Говоруха, В.М.
author_sort Говоруха, В.М.
title Універсальна біотехнологія знешкодження токсичних органічних відходів і металів з отриманням цінних продуктів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 28 грудня 2022 р.)
title_short Універсальна біотехнологія знешкодження токсичних органічних відходів і металів з отриманням цінних продуктів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 28 грудня 2022 р.)
title_full Універсальна біотехнологія знешкодження токсичних органічних відходів і металів з отриманням цінних продуктів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 28 грудня 2022 р.)
title_fullStr Універсальна біотехнологія знешкодження токсичних органічних відходів і металів з отриманням цінних продуктів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 28 грудня 2022 р.)
title_full_unstemmed Універсальна біотехнологія знешкодження токсичних органічних відходів і металів з отриманням цінних продуктів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 28 грудня 2022 р.)
title_sort універсальна біотехнологія знешкодження токсичних органічних відходів і металів з отриманням цінних продуктів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні президії нан україни 28 грудня 2022 р.)
publisher Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate 2023
topic_facet Молоді вчені
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/192916
citation_txt Універсальна біотехнологія знешкодження токсичних органічних відходів і металів з отриманням цінних продуктів (за матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 28 грудня 2022 р.) / В.М. Говоруха // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 2. — С. 85-90. — Бібліогр.: 5 назв. — укр.
series Вісник НАН України
work_keys_str_mv AT govoruhavm uníversalʹnabíotehnologíâzneškodžennâtoksičnihorganíčnihvídhodívímetalívzotrimannâmcínnihproduktívzamateríalaminaukovogopovídomlennânazasídanníprezidíínanukraíni28grudnâ2022r
first_indexed 2025-07-16T18:45:22Z
last_indexed 2025-07-16T18:45:22Z
_version_ 1837830271026593792
fulltext ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 2 85 УНІВЕРСАЛЬНА БІОТЕХНОЛОГІЯ ЗНЕШКОДЖЕННЯ ТОКСИЧНИХ ОРГАНІЧНИХ ВІДХОДІВ І МЕТАЛІВ З ОТРИМАННЯМ ЦІННИХ ПРОДУКТІВ За матеріалами наукового повідомлення на засіданні Президії НАН України 28 грудня 2022 року Доповідь присвячено дослідженню закономірностей взаємодії мікроорганіз- мів з органічними відходами і токсичними металами та визначенню спосо- бів їх знешкодження. Розглянуто шляхи оптимізації та підвищення ефек- тивності цього процесу. Запропоновано підхід до створення універсальної біотехнології одночасного зброджування багатокомпонентних органічних відходів та видалення розчинних токсичних металів з отриманням цінних продуктів: молекулярного водню, метану, твердого палива, біодобрива, концентрату металів та очищеної води. Ключові слова: біотехнологія зброджування, токсичні органічні відходи, метали, отримання водню, отримання біодорив. На сьогодні невирішеними проблемами світового рівня є зне- шкодження твердих органічних відходів (харчових та ін.), су- путніх їм токсичних фільтратів, а також металовмісних стічних вод. У всьому світі кількість і розміри звалищ міських відхо- дів невпинно збільшуються. Так, загальносвітовий річний об- сяг твердих органічних відходів становить 1,3 млрд т [1]. Оче- видно, що дуже великим є також об’єм токсичного фільтрату, супутнього твердим відходам. Нарешті, для металовмісних стічних вод промислових (гальванічне виробництво тощо), гірничовидобувних та гірничопереробних підприємств немає ефективних методів очищення, і вони утворюють штучні річки та озера [2, 3]. Наразі тверді органічні відходи використовують для про- мислового отримання біометану. Проте цей метод має недолі- ки, що істотно обмежують як ефективне отримання метану, так і можливості для запобігання забрудненню довкілля згадани- ми відходами. Такими недоліками є: 1) тривалий час зброджування (ферментації) відходів — до 20—30 діб; ГОВОРУХА Віра Михайлівна — кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник відділу біології екстремофільних мікроорганізмів Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України doi: https://doi.org/10.15407/visn2023.02.085 86 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (2) МОЛОДІ ВЧЕНІ 2) малий коефіцієнт деструкції відходів (співвідношення початкової та кінцевої маси); 3) токсичність вторинних відходів (твердих незброджених залишків), що містять органічні кислоти і спирти у високій концентрації; 4) біометан містить такі небезпечні доміш- ки, як H2S, меркаптани, NH3 та леткі органічні кислоти (форміат, ацетат та ін.), і потребує ви- соковартісних методів очищення (мембранне фільтрування газів тощо). Крім того, метан є карбонвмісним паливом, яке збільшує забруднення атмосфери парни- ковими газами. За анаеробного зброджування твердих бага- токомпонентних органічних відходів (ТБОВ) як у біогазових установках, так і у звалищах, неминуче утворюється токсичний фільтрат, тобто рідка фракція, що містить у високій концентрації (2,0—10,0 г/л) органічні кисло- ти (форміат, ацетат та ін.) і спирти (метанол, етанол тощо). Такий фільтрат є надстійким у навколишньому середовищі, накопичується у фільтраційних озерах і отруює довкілля. На- разі не лише в Україні, а й у всьому світі, немає будь-яких ефективних промислових методів очищення фільтрату. Те саме стосується металовмісних стічних вод. Висока концентрація і кількість металів у стоках, постійна зміна співвідношення металів та веле- тенські об’єми стоків унеможливлюють їх очи- щення і призводять до катастрофічного забруд- нення ґрунтових та водних екосистем. Вочевидь, для вирішення зазначених проблем необхідне розроблення принципово нових методів. У відділі біології екстремофільних мікроор- ганізмів Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України розробле- но концепцію термодинамічного прогнозуван- ня та інтегральну модель мікробного знешко- дження токсичних сполук з отриманням з них цінних продуктів (рис. 1). На першому етапі ТБОВ зброджуються з утворенням суміші водню та СО2. Після роз- ділення компонентів водень у паливних ко- мірках трансформується в електроенергію, а діоксид вуглецю використовують як джерело харчової вуглекислоти (розробки професора Г.В. Жука, Інститут газу НАН України). Рис. 1. Інтегральна модель мікробного знешкодження токсичних сполук з отриманням з них цінних продуктів (Н2, СН4, тверде паливо, харчова СО2, біодобриво, концентрат металів, очищена вода) ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 2 87 МОЛОДІ ВЧЕНІ Незброджені сухі лігноцелюлозні залишки відходів слугують твердим паливом, а після додаткового аеробного окиснення токсичних органічних кислот і спиртів вони перетворю- ються на біодобриво. Токсичний фільтрат, що утворився внаслі- док зброджування відходів, очищують у ме- тантенку. Органічні кислоти і спирти фільтра- ту зброджуються до метану та СО2, а остаточне очищення фільтрату відбувається в аеротенку. В основу нашої розробки покладено термо- динамічний прогноз для оптимізації зброджу- вання відходів. Він зводиться до таких поло- жень [4]: усі шляхи мікробного метаболізму допустимі лише в зоні термодинамічної ста- більності Н2О, у діапазоні Ео = –414…+814 мВ; оптимальними умовами для водневого та мета- нового бродіння є рН = 7,0 за анаеробних умов, тобто за потенціалу –414 мВ. Гідроліз рослинних полімерів приводить до закислення середовища, а білкових — до за- лужнення. В обох випадках редокс-потенціал відхиляється щонайменше на 200 мВ від опти- мального значення (–414 мВ). Це спричинює істотне інгібування мікробного метаболізму та зброджування відходів. Звідси очевидною є необхідність регуляції мікробного метаболіз- му зниженням редокс-потенціалу аеробними бактеріями (як біовідновником), стабілізації рН на рівні 7,0 (внесенням рН-буферів), ком- пенсації інгібування гідролізу твердих відхо- дів метаболітами через регуляцію масообміну і, нарешті, прискорення зброджування з вико- ристанням концентрованої біомаси спеціалі- зованих мікробіомів у вигляді гранульованих мікробних препаратів (ГМП). Нами теоретично обґрунтовано та експе- риментально підтверджено 10 оптимізованих параметрів зброджування ТБОВ, таких як рН (6,5—7,4), Eh (–350…–414 мВ), розмір части- нок (5—20 мм) та ін. Контроль та регуляція цих параметрів дозволили істотно збільшити швидкість та ефективність водневого збро- джування відходів. Ефективність біотехнології значно підвищується завдяки використанню розробленого нами сухого гранульованого мі- кробного препарату. Гранули містять концен- тровану біомасу Н2- або СН4-синтезувальних бактерій, стартові джерела живлення та регу- лятори мікробного метаболізму. Використання ГМП та регуляція мікробно- го метаболізму багатократно поліпшили тех- нологічні параметри порівняно з сучасними біогазовими технологіями (рис. 2). Так, трива- лість ферментації скорочено щонайменше у 10 разів (з 30 до 1,5—3 діб), коефіцієнт деструкції (кратність зменшення маси відходів) збільше- но у 18 разів (з 5 до 91), вихід Н2 — у 7 разів (з 16 до 115 л/кг відходів). Вміст Н2 підвищено удвічі (з 23 до 50 %). Молекулярно-генетичними методами аналі- зу підтверджено теоретичні положення щодо Рис. 2. Оптимізація водневого зброджування твердих органічних відходів з використанням гранульованих мікро- бних препаратів та регуляції мікробного метаболізму: а — зброджування без регуляції у 20-літровому ферментері; б — оптимізоване зброджування у 240-літровому ферментері рHрH рH 7,0 88 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (2) МОЛОДІ ВЧЕНІ прискорення водневої ферментації відходів завдяки сукцесії мікроорганізмів від аеробних до облігатно анаеробних, а також збільшенню кількості та видового різноманіття бактерій. Розроблений нами підхід дозволяє отриму- вати з відходів низку корисних продуктів. Так, суміш Н2 та СО2 можна використовувати як ефективний енергоносій безпосередньо на ви- ході з газгольдера. Незброджені залишки від- ходів є лігноцелюлозою і, як і деревина, мають рівень відновлення за вуглецем нуль. Саме тому такі залишки є калорійним твердим па- ливом. Додаткове окиснення залишків аероб- ними мікроорганізмами приводить до деструк- ції токсичних органічних кислот і спиртів та збагачує лігноцелюлозний субстрат корисни- ми амоніфікувальними і азотфіксувальними бактеріями. Він стає ефективним біодобривом, на якому в суміші з піском отримано добрий врожай редису. Зброджування твердих відходів у біореак- торі приводить до утворення токсичного філь- трату з високим вмістом органічних кислот і спиртів. З використанням явища просторової сукцесії ми досягли цілковитого очищення фільтрату у проточному аеротенку [5]. Просторова сукцесія є зміною компонентів екосистеми (від бактерій до личинок комах) по довжині проточного аеротенку. У перших секціях аеротенку копеотрофні та оліготрофні бактерії, іммобілізовані на інертних носіях, по- вністю руйнують органічні кислоти і спирти. Далі, всередині аеротенку, Protozoa очищують фільтрат від бактерій, а в останніх секціях ко- ловертки Rotifera та личинки комах спожива- ють Protozoa. Нарешті, в акваріумі риби харчу- ються безхребетними. Отже, з використанням сукцесії нам вдалося досягти повного очищен- ня фільтрату, який на сьогодні не очищується традиційними способами. Важливим є розроблення підходу для при- скорення деструкції твердих органічних від- ходів звалищ. У звалищах деструкція відходів відбувається дуже повільно. Так, зменшення їх маси вдвічі потребує 10 і більше років, а мето- дів очищення супутнього їм фільтрату наразі немає. З використанням мікробних препара- тів, регуляції мікробного метаболізму, в умо- вах замкненого циклу ми досягли високих тех- нологічних параметрів. У колонках, що моделюють звалище, маса твердих органічних відходів зменшилася у 20 разів усього лише за 14 діб, при цьому з кожно- го кілограма відходів отримано 27 л Н2 та 12 л СН4. Далі у послідовно зєднаних метантенках та аеротенку в 100 разів зменшено вміст орга- нічних сполук (з 2000 до 20 мг/л за загальним карбоном), а з кожного літру фільтрату отри- мано 1 л СН4. Нарешті, очищений фільтрат подається до колонок, що значно поліпшує де- струкцію твердих відходів. Отримані резуль- тати створюють підґрунтя для використання звалищ побутових відходів як гіперметантен- ків з об’ємом у 300 разів більшим, ніж у багато- тоннажних біогазових установок. Фахівці Інституту газу НАН України під ке- рівництвом професора Геннадія Жука успішно впровадили 7 проєктів добування звалищного газу з подальшою його трансформацією в елек- троенергію. Ми очікуємо, що в разі застосуван- ня наших біотехнологій у проєктах Інституту газу видобуток СН4 можна буде збільшити принаймні вдвічі. Термодинамічний прогноз дозволив ефек- тивно поєднати знешкодження органічних відходів та очищення металовмісних стоків облігатно анаеробними мікроорганізмами. Нами обґрунтовано, що за водневого зброджу- вання твердих відходів воденьсинтезувальний мікробіом є низькопотенціальною донорною системою, а хромати — високопотенціальною акцепторною. Різниця стандартних редокс-по- тенціалів (Ео) акцепторної та донорної сис- тем є дуже великою і становить 969 мВ, тому мікроорганізми швидко та ефективно віднов- люють Cr6+O4 2– до нерозчинного гідроксиду Cr3+(ОН)3·nH2O. Донорна система: [С6Н12О6]n  N . С6Н12О6 + 2H2O  2CH3COOH + 2CO2 + 4H2, Ео = –414 мВ. Акцепторна система: CrO4 2– + (n–1)H2O + 5H+ + 3e ̅  Cr(OH)3 . nH2O, ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 2 89 МОЛОДІ ВЧЕНІ REFERENCES 1. Paritosh K., Kushwaha S.K., Yadav M., Pareek N., Chawade A., Vivekanand V. Food Waste to Energy: An Overview of Sustainable Approaches for Food Waste Management and Nutrient Recycling. BioMed Research International. 2017. 2017: 1—19. https://doi.org/10.1155/2017/2370927 2. Lofrano G., Carotenuto M., Libralato G., Domingos R.F., Markus A., Dini L., Gautam R.K., Baldantoni D., Ros- si M., Sharma S.K., Chattopadhyaya M.C., Giugni M., Meric S. Polymer functionalized nanocomposites for metals removal from water and wastewater: An overview. Water Research. 2016. 92: 22—37. https://doi.org/10.1016/j.wa- tres.2016.01.033 3. Ajiboye T.O., Oyewo O.A., Onwudiwe D.C. Conventional and Current Methods of Toxic Metals Removal from Water Using g-C3N4-Based Materials. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. 2021. 31(4): 1419— 1442. https://doi.org/10.1007/s10904-020-01803-3 4. Hovorukha V.M., Tashyrev O.B., Matvieieva N.A., Tashyreva H.O., Havryliuk O.A., Bielikova O.Iu., Sioma I.B. In- tegrated Approach for Development of Environmental Biotechnologies for Treatment of Solid Organic Waste and Obtaining of Biohydrogen and Lignocellulosic Substrate. EREM. 2019. 74(4): 31—42. https://doi.org/10.5755/j01. erem.74.4.20723 5. Tashyrev O., Hovorukha V., Havryliuk O., Sioma I., Gladka G., Kalinichenko O., Włodarczyk P., Suszanowicz D., Zhuk H., Ivanov Y. Spatial Succession for Degradation of Solid Multicomponent Food Waste and Purification of Toxic Leachate with the Obtaining of Biohydrogen and Biomethane. Energies. 2022. 15(3): 911—925. https://doi. org/10.3390/en15030911 Ео = +555 мВ; Ео = Еоакцептор – Еодонор = =+555 мВ – (–414) мВ = 969 мВ. Такий водовмісний гідроксид після обробки за 800 °С перетворюється на корисний про- дукт (абразив) — кристалічний оксид хрому Cr(OH)3 .nH2O + 800 °С Cr2O3 + Н2О . Досі вважалося, що застосування бактерій для вилучення хроматів неможливе за кон- центрацій понад 200 мг/л. Проте ми вперше показали, що відновлення хроматів водень- синтезувальними анаеробними бактеріями за водневого зброджування модельного відходу (картоплі) можливе навіть за концентрації Cr(VI), що дорівнює 1000 мг/л. При цьому ми одержали одночасно такі чо- тири позитивні ефекти: 1) швидка та ефективна деструкція еколо- гічно небезпечних твердих органічних відходів (гнила картопля); 2) отримання екологічно чистого енергоно- сія Н2; 3) очищення токсичного металовмісного стоку; 4) отримання корисного продукту — кон- центрату металу. Результати наших робіт підтверджено в умовах дослідно-промислового зброджуван- ня багатокомпонентних відходів у 240-літро- вому біореакторі. Так, хромат у концентрації 100 мг/л відновився до нерозчинного гідро- ксиду Cr(ІІІ) усього лише за 10 хв. Це у 3—4 рази швидше, ніж у разі використання про- мислових мікробних біотехнологій вилучення хроматів. З отриманих результатів випливають такі висновки: 1) метод термодинамічного прогнозування, регуляція мікробного метаболізму, викорис- тання мікробних препаратів та просторова сукцесія дозволяють швидко та ефективно знешкодити широкий спектр твердих і рід- ких органічних відходів, а також металовмісні стічні води; 2) універсальна біотехнологія забезпечує не лише ефективне збереження довкілля, а й отримання цінних продуктів, таких як енерго- носії (водень, метан, тверде паливо), біодобри- во, очищена вода та концентрат металів. 90 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (2) МОЛОДІ ВЧЕНІ Vira M. Hovorukha D.K. Zabolotny Institute of Microbiology and Virology of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine ORCID: http://orcid.org/0000-0003-4265-5534 UNIVERSAL BIOTECHNOLOGY FOR TREATMENT OF TOXIC ORGANIC WASTE AND METALS WITH OBTAINING OF VALUABLE PRODUCTS According to the materials of report at the meeting of the Presidium of the NAS of Ukraine, December 28, 2022 The report deals with the study of the patterns of microorganisms interaction with organic waste and toxic metals, the determination of pathways for their treatment, optimization of the process and increasing its efficiency, as well as the development of the approach for the universal biotechnology for the simultaneous fermentation of multicomponent or- ganic waste and the removal of soluble toxic metals with obtaining of a number of valuable products: molecular hydrogen, methane, solid fuel, biofertilizer, metal concentrate and purified water. The approach is based on the thermodynamic prediction to optimize waste fermentation. It consists of the following principles: all microbial metabolism pathways are permissible only in H2O thermodynamic stability zone, in the range of Ео’ = –414…+814 mV; the optimal conditions for hydrogen and methane fermentation are pH = 7.0 under anaerobic conditions, i.e. at potential of –414 mV. Microbial metabolism regulation is necessary to achieve high efficiency of fermentation process. We have theoretically substantiated and experimentally confirmed 10 optimized fermentation parameters, such as pH (6.5—7.4), Eh (–350…–414 mV), particle size (5—20 mm), etc. The use of granular microbial preparation and the regulation of these parameters provided the significant increase in the speed and efficiency of hydrogen fermentation of waste. Using spatial succession, i.e. the change of ecosystem components, we have achieved complete purification of filtrate from soluble organic compounds formed after fermentation. The thermodynamic prediction provided an effective combination of organic waste degradation and metal-containing sewage treatment by obligate anaerobic microorganisms. The reduction of chromates to insoluble Cr(III) hydroxide by hydrogen-synthesizing anaerobic bacteria during hydrogen fermentation of model waste (potatoes) was shown to be possible even at Cr(VI) concentration equal to 1000 mg/L. Thus, the thermodynamic prediction method, the microbial metabolism regulation, the application of microbial preparations and spatial succession provided fast and effective treatment of a wide range of solid and liquid organic waste, as well as metal-containing sewage with obtaining of valuable products. Keywords: fermentation biotechnology, toxic organic waste, metals, obtaining hydrogen, obtaining biofertilizers. Cite this article: Hovorukha V.M. Universal biotechnology for treatment of toxic organic waste and metals with obtain- ing of valuable products. Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2023. (2): 85—90. https://doi.org/10.15407/visn2023.02.085

Схожі ресурси