logo
  • Головна
  • Статті та випуски
    • Поточний випуск
    • Архів
  • Про журнал
    • Цілі та проблематика
    • Редакційна колегія
    • Індексація журналу
  • Для авторів
    • Подання статті
    • Умови публікації
    • Загальні вимоги до оформлення рукописів
    • Процес рецензування
    • Договір про передачу прав від автора до видавця
    • Збори та фінансування
  • Етика та політики
    • Публікаційна етика
    • Конфлікт інтересів
    • Політика відкритого доступу
    • Політика архівування матеріалів
    • Політика скарг
    • Положення про конфіденційність
    • Положення про відкликання публікацій
    • Політика антиплагіату
    • Політика використання генеративного ШІ
  • Контакти
  • uk
    • English

Екологічна безпека та збалансоване ресурсокористування

  • Подати статтю
  • Головна
  • Статті та випуски
    • Поточний випуск
    • Архів
  • Про журнал
    • Цілі та проблематика
    • Редакційна колегія
    • Індексація журналу
    • Джерела фінансування
  • Для авторів
    • Подання статті
    • Умови публікації
    • Загальні вимоги до оформлення рукописів
    • Процес рецензування
    • Редакційні збори
    • Договір про передачу прав від автора до видавця
  • Етика та політики
    • Публікаційна етика
    • Конфлікт інтересів
    • Політика відкритого доступу
    • Політика архівування матеріалів
    • Політика скарг
    • Положення про конфіденційність
    • Положення про відкликання публікацій
    • Політика антиплагіату
    • Політика використання генеративного ШІ
  • Пошук
  • Контакти

Стаття

Ефективність руйнування органічних забруднювальних речовин у процесі анаеробного зброджування сировини різного генезису

Андрій Парамонов, Ірина Аблєєва, Ірина Васькіна, Анна Лисицька, Наталія Макаренко
Анотація

Дослідження ступеня деградації забруднювальних речовин у процесі анаеробного зброджування та їх вмісту в дигестаті є актуальним науковим питанням, яке продиктовано необхідністю підтвердження безпечності застосування цього продукту як біодобрива для покращення якості сільськогосподарських земель. Мета статті – визначення ефективності руйнування забруднювальних речовин у процесі анаеробного зброджування із застосуванням різних методів додаткової обробки. Для встановлення закономірностей деградації забруднювальних речовин у процесі анаеробного зброджування за різних умов та зі застосуванням додаткових технологій інтенсифікації процесу (ультразвук, застосування хімічних реагентів та вугільної тканини, міжвидове перенесення електронів, іммобілізація мікроводоростей тощо) було застосовано мета-аналіз. Визначення достовірності обраних гіпотез та статистичної значущості отриманих даних було проведено методами статистичного аналізу. Було визначено, що додаткові методи обробки дозволяють підвищити ефективність деградації органічних забруднювачів у змішаних органічних відходах на 180 % (пряме міжвидове перенесення електронів), у відходах тваринного походження – на 115 % (лужне попереднє оброблення), а в осадах стічних вод – на 55 % (шляхом їх обробки в термофільному аеробному реакторі сумісно з анаеробним зброджуванням). Ефективність технології іммобілізації мікроводоростей, що забезпечує видалення забруднювальних речовин із рідкої фракції дигестату, становить 135 %. Також було встановлено наявність синергетичного ефекту додаткових методів оброблення сировини, що ілюструється зростанням кількості виділеного метану на 98,88-261,56 % залежно від виду відходів і методу обробки. Отримані результати доводять високу ефективність додаткових технологій обробки. Практичне значення одержаних результатів полягає в доведеному синергетичному ефекті від застосування додаткових методів обробки сировини та дигестату за рахунок підвищення рівня деградації органічних забруднювачів з одержанням екологічно безпечного добрива та збільшенням виходу біогазу

Завантажити статтю

Отримано 21.12.2023

Доопрацьовано 29.03.2024

Прийнято 31.05.2024

https://doi.org/10.69628/esbur/1.2024.24
Взято з Том 15, № 1, 2024
Сторінки 24-38

ЦИТУВАТИ

Paramonov, A., Ablieieva, I., Vaskina, I., Lysytska, A., & Makarenko, N. (2024). The efficiency of organic pollutants degradation in the process of anaerobic digestion of feedstocks with different origin. Ecological Safety and Balanced Use of Resources, 15(1), 24-38. https://doi.org/10.69628/esbur/1.2024.24

Використані джерела

[1] Ali, A.М., Nesse, А.S., Eich-Greatorex, S., Sogn, Т.А., Aanrud, S.G., Аasen Bunæs, J.A., Lyche, J.L., & Kallenborn, R. (2019). Organic contaminants of emerging concern in Norwegian digestates from biogas production. Environmental Science: Processes & Impacts, 9, 1498-1508. doi: 10.1039/c9em00175a.

[2] Ali, S.S., Kornaros, M., Manni, A., Sun, J., El-Shanshoury, A.E.-R.R., Kenawy, E.-R., & Khalil, M.A. (2020). Enhanced anaerobic digestion performance by two artificially constructed microbial consortia capable of woody biomass degradation and chlorophenols detoxification. Journal of Hazardous Materials, 389, article number 122076. doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.122076.

[3] Aslam, M., & Smarandache, F. (2023). Chi-square test for imprecise data in consistency table. Frontiers in Applied Mathematics and Statistics, 9, article number 1279638. doi: 10.3389/fams.2023.1279638.

[4] Barcauskaitė, K. (2019). Gas chromatographic analysis of polychlorinated biphenyls in compost samples from different origin. Waste Management & Research, 37(5), 556-562. doi: 10.1177/0734242X19828156.

[5] Barreiro, A., Cela-Dablanca, R., Nebot, C., Rodríguez-López, L., Santás-Miguel, V., Arias-Estévez, M., Fernández-Sanjurjo, M., Núñez-Delgado, A., & Álvarez-Rodríguez, E. (2022). Occurrence of nine antibiotics in different kinds of sewage sludge, soils, corn and grapes after sludge spreading. Spanish Journal of Soil Science, 12, article number 10741. doi: 10.3389/sjss.2022.10741.

[6] Beduk, F., Aydin, S., Ulvi, A., & Aydin, M.E. (2023). Persistent organic pollutants in sewage sludge: Occurrence, temporal concentration variation and risk assessment for sewage sludge amended soils. KSCE Journal of Civil Engineering, 27, 3694-3704. doi: 10.1007/s12205-023-2385-x.

[7] Biel-Maeso, М., Corada-Fernández, С., & Lara-Martín, P.A. (2019). Removal of personal care products (PCPs) in wastewater and sludge treatment and their occurrence in receiving soils. Water Research, 150, 129-139. doi: 10.1016/j.watres.2018.11.045.

[8] Bouaita, R., Derbal, K., Panico, A., Iasimone, F., Pontoni, L., Fabbricino, M., & Pirozzi, F. (2022). Methane production from anaerobic co-digestion of orange peel waste and organic fraction of municipal solid waste in batch and semi-continuous reactors. Biomass and Bioenergy, 160, article number 106421. doi: 10.1016/j.biombioe.2022.106421.

[9] Bouhia, Y., Hafidi, M., Ouhdouch, Y., & Lyamlouli, K. (2023). Olive mill waste sludge: From permanent pollution to a highly beneficial organic biofertilizer: A critical review and future perspectives. Ecotoxicology and Environmental Safety, 259, article number 114997. doi: 10.1016/j.ecoenv.2023.114997.

[10] Cabrita, T.M., & Santos, M.T. (2023). Biochemical methane potential assays for organic wastes as an anaerobic digestion feedstock. Sustainability, 15(15), article number 11573. doi: 10.3390/su151511573.

[11] Chernysh, Ye., Shtepa, V., Roy, I., Chubur, V., Skvortsova, P., Ivlieva, A., & Danilov, D. (2021). The potential of organic waste as a substrate for anaerobic digestion in Ukraine: Trend definitions and environmental safety of the practices. Environmental Problems, 6(3), 135-144. doi: 10.23939/ep2021.03.135.

[12] Chojnacka, K., & Chojnacki, M. (2023). Nutrient recovery from anaerobic digestate: Fertilizer informatics for circular economy. Environmental Research, 245, article number 117953. doi: 10.1016/j.envres.2023.117953.

[13] Czekała, W., Lewicki, A., Pochwatka, P., Czekała, A., Wojcieszak, D., Jóżwiakowski, K., & Waliszewska, H. (2020). Digestate management in Polish farms as an element of the nutrient cycle. Journal of Cleaner Production, 242, article number 118454. doi: 10.1016/j.jclepro.2019.118454.

[14] Estoppey, N., Castro, G., Slinde, G.A., Hansen, C.B., Løseth, M.E., Krahn, K.M., Demmer, V., Svenni, J., Tran, T.-V.-A.T., Asimakopoulos, A.G., Arp, H.P.H., & Cornelissen, G. (2024). Exposure assessment of plastics, phthalate plasticizers and their transformation products in diverse bio-based fertilizers. Science of The Total Environment, 918, article number 170501. doi: 10.1016/j.scitotenv.2024.170501.

[15] Fallgren, P.H., Chen, L., Peng, M., Urynowicz, M.A., & Jin, S. (2021). Facultative-anaerobic microbial digestion of coal preparation waste and use of effluent solids to enhance plant growth in a sandy soil. International Journal of Coal Science & Technology, 8, 767-779. doi: 10.1007/s40789-020-00374-5.

[16] Feng, D., Xia, A., Huang, Y., Zhu, X., Zhu, X., & Liao, Q. (2022). Effects of carbon cloth on anaerobic digestion of high concentration organic wastewater under various mixing conditions. Journal of Hazardous Materials, 423(A), article number 127100. doi: 10.1016/j.jhazmat.2021.127100.

[17] Fu, D., Kurniawan, T.A., Li, H., Wang, L., Chen, Z., Li, W., Wang, Y., Wang, H., & Li, Q. (2019). Applicability of HDPC-supported Cu nanoparticles composite synthesized from anaerobically digested wheat straw for octocrylene degradation in aqueous solutions. Chemical Engineering Journal, 355, 650-660. doi: 10.1016/j.cej.2018.08.188.

[18] García-López, A.M., Delgado, A., Anjos, O., & Horta, C. (2023). Digestate not only affects nutrient availability but also soil quality indicators. Agronomy, 13(5), article number 1308. doi: 10.3390/agronomy13051308.

[19] Ghysels, S., Acosta, N., Estrada, A., Pala, M., De Vrieze, J., Ronsse, F., & Rabaey, K. (2020). Integrating anaerobic digestion and slow pyrolysis improves the product portfolio of a cocoa waste biorefinery. Sustainable Energy Fuels, 4(7), 3712-3725. doi: 10.1039/d0se00689k.

[20] Gizaw, D.G., Periyasamy, S., Redda, Z.T., John, B.I., Baylie Mengstie, H., & Asaithambi, P. (2024). A comprehensive review on sewage sludge as sustainable feedstock for bioenergy production. Environmental Quality Management, 33(3), 223-238. doi: 10.1002/tqem.22116.

[21] Golovko, O., Ahrens, L., Schelin, J., Sörengård, M., Bergstrand, K.J., Asp, H., Hultberg, M., & Wiberg, K. (2022). Organic micropollutants, heavy metals and pathogens in anaerobic digestate based on food waste. Journal of Environmental Management, 313, article number 114997. doi: 10.1016/j.jenvman.2022.114997.

[22] Gong, W., Xie, B., Deng, S., Fan, Y., Tang, X., & Liang, H. (2019). Enhancement of anaerobic digestion effluent treatment by microalgae immobilization: Characterized by fluorescence excitation-emission matrix coupled with parallel factor analysis in the photobioreactor. Science of The Total Environment, 678, 105-113. doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.04.440.

[23] Gonzalez-Salgado, І., Cavaillé, L., Dubos, S., Mengelle, Е., Kim, C., Bounouba, М., Paul, Е., Pommier, S., & Bessiere, Y. (2020). Combining thermophilic aerobic reactor (TAR) with mesophilic anaerobic digestion (MAD) improves the degradation of pharmaceutical compounds. Water Research, 182, article number 116033. doi: 10.1016/j.watres.2020.116033.

[24] Hammer, L., & Palmowski, L. (2021). Fate of selected organic micropollutants during anaerobic sludge digestion. Water Environment Research, 93(10), 1910-1924. doi: 10.1002/wer.1603.

[25] Hassanein, А., & Lansing, S. (2022). Boosting anaerobic digestion with microbial electrochemical technologies. Advances in Bioenergy, 7, 67-98. doi: 10.1016/bs.aibe.2022.05.003.

[26] Karuppiah, T., & Azariah, V.E. (2019). Biomass pre-treatment for enhancement of biogas production. In J. Rajesh Banu (Ed.), Anaerobic digestion (ch. 5). London: IntechOpen. doi: 10.5772/intechopen.82088.

[27] Kim, J.R., & Karthikeyan, K.G. (2021). Effects of severe pretreatment conditions and lignocellulose-derived furan byproducts on anaerobic digestion of dairy manure. Bioresource Technology, 340, article number 125632. doi: 10.1016/j.biortech.2021.125632.

[28] Kosheleva, A., Gadaleta, G., De Gisi, S., Heerenklage, J., Picuno, C., Notarnicola, M., Kuchta, K., & Sorrentino, A. (2023). Co-digestion of food waste and cellulose-based bioplastic: From batch to semi-continuous scale investigation. Waste Management, 156, 272-281. doi: 10.1016/j.wasman.2022.11.031.

[29] Košnář, Z., Mercl, F., Pierdonà, L., Chane, A.D., Míchal, P., & Tlustoš, P. (2023). Concentration of the main persistent organic pollutants in sewage sludge in relation to wastewater treatment plant parameters and sludge stabilisation. Environmental Pollution, 333, article number 122060. doi: 10.1016/j.envpol.2023.122060.

[30] Kowalczyk-Juśko, A., Pochwatka, P., Mazurkiewicz, J., Pulka, J., Kępowicz, B., Janczak, D., & Dach, J. (2023). Reduction of greenhouse gas emissions by replacing fertilizers with digestate. Journal of Ecological Engineering, 24(4), 312-319. doi: 10.12911/22998993/161013.

[31] Kumar, M., Matassa, S., Bianco, F., Oliva, A., Papirio, S., Pirozzi, F., De Paola, F., & Esposito, G. (2023). Effect of varying zinc concentrations on the biomethane potential of sewage sludge. Water, 15(4), article number 729. doi: 10.3390/w15040729.

[32] Lee, B., Park, J.-G., Shin, W.-B., Kim, B.-S., Byun, B.-S., & Jun, H.-B. (2019). Maximizing biogas production by pre-treatment and optimizing the co-digestion mixture ratio with organic wastes. Environmental Engineering Research, 24(4), 662-669. doi: 10.4491/eer.2018.375.

[33] Liu, C., Fan, J., Xu, X., & Wu, Y. (2021). Enhanced anaerobic degradation of hexachlorobenzene in a hydragric acrisol using humic acid and urea. Pedosphere, 31(1), 172-179. doi: 10.1016/S1002-0160(20)60062-5.

[34] Liu, W., Wang, Y., Xia, R., Ding, X., Xu, Z., Li, G., Nghiem, L.D., & Luo, W. (2023a). Occurrence and fate of antibiotics in swine waste treatment: An industrial case. Environmental Pollution, 331, article number 121945. doi: 10.1016/j.envpol.2023.121945.

[35] Liu, Z., Xie, S., Zhou, H., Zhao, L., Yao, Z., Fan, H., Si, B., & Yang, G. (2023b). Organic contaminants removal and carbon sequestration using pig manure solid residue-derived biochar: A novel closed-loop strategy for anaerobic liquid digestate. Chemical Engineering Journal, 471, article number 144601. doi: 10.1016/j.cej.2023.144601.

[36] Llano, T., Arce, C., & Finger, D.C. (2021). Optimization of biogas production through anaerobic digestion of municipal solid waste: A case study in the capital area of Reykjavik, Iceland. Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 96(5), 1333-1344. doi: 10.1002/jctb.6654.

[37] Lu, X., Wang, H., Ma, F., Zhao, G., & Wang, S. (2018). Improved process performance of the acidification phase in a two-stage anaerobic digestion of complex organic waste: Effects of an iron oxide-zeolite additive. Bioresource Technology, 262, 169-176. doi: 10.1016/j.biortech.2018.04.052.

[38] Malovanyy, M., Voytovych, I., Mukha, O., Zhuk, V., Tymchuk, I., & Soloviy, C. (2022). Potential of the co-digestion of the sewage sludge and plant biomass on the example of Lviv WWTP. Ecological Engineering & Environmental Technology, 23(2), 107-112. doi: 10.12912/27197050/144958.

[39] Marutescu, L.G., Jaga, M., Postolache, C., Barbuceanu, F., Milita, N.M., Romascu, L.M., Schmitt, H., de Roda Husman, A.M., Sefeedpari, P., Glaeser, S., Kämpfer, P., Boerlin, P., Topp, E., Gradisteanu Pircalabioru, G., Chifiriuc, M.C., & Popa, M. (2022). Insights into the impact of manure on the environmental antibiotic residues and resistance pool. Frontiers in Microbiology, 13, article number 965132. doi: 10.3389/fmicb.2022.965132.

[40] Mumtaz, S., Abbas, Y., Ahmad, I., Hassan, A., Saeed, M.F., Yun, S., Almarhoon, Z.M., Shelkh, M., Hassan, A.M., Rosaiah, P., Suneetha, M., & Ahmad, A. (2023). Sugarcane-bagasse-ash in enhanced mesophilic co-digestion for biogas and nutrient recovery: A concept of developing rural circular bioeconomy. Environmental Research, 237(1), article number 116691. doi: 10.1016/j.envres.2023.116691.

[41] Nordell, E., Björn, A., Waern, S., Yekta, S.S., Sundgren, I., & Moestedt, J. (2022). Thermal post-treatment of digestate in order to increase biogas production with simultaneous pasteurization. Journal of Biotechnology, 344, 32-39. doi: 10.1016/j.jbiotec.2021.12.007.

[42] Obileke, K., Makaka, G., Tangwe, S., & Mukumba, P. (2024). Improvement of biogas yields in an anaerobic digestion process via optimization technique. Environment, Development and Sustainability. doi: 10.1007/s10668-024-04540-6.

[43] Olatunji, K.O., Ahmed, N.A., & Ogunkunle, O. (2021). Optimization of biogas yield from lignocellulosic materials with different pre-treatment methods: A review. Biotechnology for Biofuels, 14, article number 159. doi: 10.1186/s13068-021-02012-x.

[44] Oliveira, B.M., Zaiat, M., & Oliveira, G.H.D. (2019). The contribution of selected organic substrates to the anaerobic cometabolism of sulfamethazine. Journal of Environmental Science and Health, 54(4), 263-270. doi: 10.1080/03601234.2018.1553909.

[45] Paranhos, A.G.D.O., Pereira, A.R., da Fonseca, Y.A., de Queiroz Silva, S., & de Aquino, S.F. (2022). Tylosin in anaerobic reactors: Degradation kinetics, effects on methane production and on the microbial community. Biodegradation, 33, 283-300. doi: 10.1007/s10532-022-09980-3.

[46] Patureau, D., Mailler, R., Delgenes, N., Danel, A., Vulliet, E., Deshayes, S., Moilleron, R., Rocher, V., & Gasperi, J. (2021). Fate of emerging and priority micropollutants during the sewage sludge treatment – part 2: Mass balances of organic contaminants on sludge treatments are challenging. Waste Management, 125, 122-131. doi: 10.1016/j.wasman.2021.02.034.

[47] Phan, K.-H., Le, L.-T., Tran, T.-D., Vo, T.-K.-Q., Nguyen, T.-T., Tra, V.-T., Nguyen, T.-Y.-P., Tran, C.-S., Mai, T.-P., & Bui, X.-T. (2024). Anaerobic biodegradation of mixed azo dyes in thermophilic and mesophilic conditions. Case Studies in Chemical and Environmental Engineering, 9, article number 100667. doi: 10.1016/j.cscee.2024.100667.

[48] Pilarski, K., Pilarska, A.A., Kolasa-Więcek, A., & Suszanowicz, D. (2023). An agricultural biogas plant as a thermodynamic system: A study of efficiency in the transformation from primary to secondary energy. Energies, 16(21), article number 7398. doi: 10.3390/en16217398.

[49] Porterfield, K.K., Hobson, S.A., Neher, D.A., Niles, M.T., & Roy, E.D. (2023). Microplastics in composts, digestates, and food wastes: A review. Journal of Environmental Quality, 52(2), 225-240. doi: 10.1002/jeq2.20450.

[50] Rathankumar, A.K., Vaithyanathan, V.K., Saikia, K., Anand, S.S., Vaidyanathan, V.K., & Cabana, H. (2022). Effect of alkaline treatment on the removal of contaminants of emerging concern from municipal biosolids: Modelling and optimization of process parameters using RSM and ANN coupled GA. Chemosphere, 286(3), article number 131847. doi: 10.1016/j.chemosphere.2021.131847.

[51] Ripoll, V., Solera, R., & Perez, M. (2022). Kinetic modelling of anaerobic co-digestion of sewage sludge and sherry-wine distillery wastewater: Effect of substrate composition in batch bioreactor. Fuel, 329, article number 125524. doi: 10.1016/j.fuel.2022.125524.

[52] Skvortsova, P., Ablieieva, I., Tonderski, K., Chernysh, Ye., Plyatsuk, L., Sipko, I., & Mykhno, H. (2024). Synergetic effect of digestate dissolved organic matter and phosphogypsum properties on heavy metals immobilization in soils. Journal of Engineering Sciences, 11(1), 9-20. doi: 10.21272/jes.2024.11(1).h2.

[53] Tshemese, Z., Deenadayalu, N., Linganiso, L.Z., & Chetty, M. (2023). An overview of biogas production from anaerobic digestion and the possibility of using sugarcane wastewater and municipal solid waste in a South African context. Applied System Innovation, 6(1), article number 13. doi: 10.3390/asi6010013.

[54] Vambol, V., Kowalczyk-Juśko, A., Jóżwiakowski, K., Mazur, A., Vambol, S., & Khan, N.A. (2022). Investigation in techniques for using sewage sludge as an energy feedstock: Poland’s experience. Ecological Questions, 34(1), 91-98. doi: 10.12775/eq.2023.007.

[55] Vaskina, I., Hopkalo, D., Vaskin, R., & Pochwatka, P. (2024). Potential of landfill gas extraction in north-east Ukraine. Journal of Ecological Engineering, 25(4), 258-270. doi: 10.12911/22998993/183827.

[56] Višniauskė, I., Barčauskaitė, K., Bakšienė, E., & Mažeika, R. (2018). Evaluation of contamination levels of different types of composts and their suitability for usage in agriculture. Agriculture, 105(3), 211-220. doi: 10.13080/z-a.2018.105.027.

[57] Weinrich, S., Schäfer, F., Bochmann, G., & Liebetrau, J. (2018). Value of batch tests for biogas potential analysis. Method comparison and challenges of substrate and efficiency evaluation of biogas plants. Retrieved from https://task37.ieabioenergy.com/wp-content/uploads/sites/32/2022/02/Batch_tests_web_END.pdf.

[58] Wu, L., Shen, Z., Zhou, Y., & Zuo, J. (2023). Stimulating anaerobic digestion to degrade recalcitrant organic pollutants: Potential role of conductive materials-led direct interspecies electron transfer. Journal of Environmental Management, 344, article number 118337. doi: 10.1016/j.jenvman.2023.118337.

[59] Xiao, Y., Tian, Y., Zhan, Y., & Zhu, J. (2023). Degradation of organic pollutants in flocculated liquid digestate using photocatalytic titanate nanofibers: Mechanism and response surface optimization. Frontiers of Agricultural Science and Engineering, 10(3), 492-502. doi: 10.15302/J-FASE-2023503.

[60] Zhou, X., Wang, J., Lu, C., Liao, Q., Gudda, F.O., & Ling, W. (2020). Antibiotics in animal manure and manure-based fertilizers: Occurrence and ecological risk assessment. Chemosphere, 255, article number 127006. doi: 10.1016/j.chemosphere.2020.127006.

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу 76019, вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна

  • mail@esbur.com.ua publisher@nung.edu.ua