ЕКОЛОГІЧНА БЕЗПЕКА ТЕХНОЛОГІЇ ПОВОДЖЕННЯ З ДИГЕСТАТОМ РІЗНОГО ГЕНЕЗИСУ
Скворцова Поліна Олексіївна
Сумський державний університет, Суми, Україна
https://orcid.org/0000-0002-7515-4245
Аблєєва Ірина Юріївна
Сумський державний університет, Суми, Україна
https://orcid.org/0000-0002-2333-0024
DOI: 10.52363/2522-1892.2024.1.7
Ключові слова: анаеробне зброджування, біокомпозит, деградація ґрунтів, курячий послід, осад стічних вод, фосфогіпс, фітотоксичність
Анотація
У сучасному світі набирає обертів біогазова технологія як екологічна альтернатива виробництва біодобрива після анаеробного зброджування різних видів відходів. Через велику кількість органічних, поживних і біологічно активних речовин біогазові дигестати часто вносять безпосередньо в ґрунт як органічне добриво для покращання його якості та збільшення врожайності.
Мета статті полягає у визначенні екологічної безпеки дигестату, отриманого після анаеробного зброджування курячого посліду та осаду стічних вод, у складі біокомпозиту для очищення ґрунтів від важких металів. Методологічною основою цього дослідження стали експерименти з фітотоксичності зразків дигестату на підставі результатів пророщення насіння перцю в чашах Петрі із застосуванням водних розчинів необробленого дигестату та дигестату, обробленого фосфогіпсом. Доцільність вибору способу оброблення фосфогіпсом була обумовлена не лише можливістю зменшити наявність патогенів у дигестатах, а й отримати біокомпозит, здатний адсорбувати шкідливі елементи з ґрунту та живити його необхідними речовинами. За допомогою індексу проростання оцінено рівень фітотоксичності дигестату на основі різних органічних відходів, обґрунтовано ефективність застосування дигестату як біологічного добрива.
Визначено, що екологічно безпечним субстратом для проростання насіння перцю став дигестат на основі осаду стічних вод. Дигестат із курячого посліду оброблений фосфогіпсом на 20-ту добу анаеробного збродження проявив фітотоксичний вплив на насіння перцю. Показники індексу проростання підвищилися на 30-ту добу проведення анаеробного збродження, що свідчить про зниження токсичності матеріалу після завершення процесу анаеробного збродження. Загалом індекс проростання вище ніж 50 % спостерігали в усіх зразках необробленого дигестату та більшій кількості зразків обробленого дигестату для обох субстратів. У статті надані рекомендації щодо оцінювання зрілості дигестату за допомогою індексу проростання насіння як швидкого індикатора визначення фітотоксичності субстратів і відповідно рівня екологічної безпеки матеріалу для ґрунту та рослин.
Посилання
1. Гончарук І. В. Європейські практики регулювання та поводження з дигестатом у контексті агроекологічного переходу країн ЄС у межах європейського зеленого курсу. Економіка, фінанси, менеджмент: актуальні питання науки і практики. 2023. № 3. С. 144-155. DOI: 10.37128/2411-4413-2023-3-10.
2. Виробництво енергії з біомаси в Україні: технології, розвиток, перспективи / за ред. Г. Гелетухи. Київ : Академперіодика, 2022. 373 с. DOI: 10.15407/akademperiodyka.464.373.
3. Biorefinery of anaerobic digestate in a circular bioeconomy: Opportunities, challenges and perspectives / M. Malhotra et al. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2022. Vol. 166. Art. 112642. DOI: 10.1016/j.rser.2022.112642.
4. Digestate Potential to Substitute Mineral Fertilizers: Engineering Approaches / I. Yu. Ablieieva. Journal of Engineering Sciences. 2022. Vol. 9. Issue 1. Pp. H1–H10. DOI: 10.21272/jes.2022.9(1).h1.
5. Conversion of anaerobic digestates from biogas plants: Laboratory fertilizer formulation, scale-up and demonstration of applicative properties on plants / D. Skrzypczak et al. Renewable Energy. 2023. Vol. 203. Pp. 506-517. DOI: 10.1016/j.renene.2022.12.080.
6. Effects of digestate DOM on the chemical behavior of soil heavy metals in abandoned copper mining areas / X. Guo et al. Journal of Hazardous Materials. 2020. Vol. 393. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.122436.
7. Забруднення земель внаслідок агресії росії проти України / А. Сплодитель, О. Голубцов, С. Чумаченко, Л. Сорокіна. Екодія : вебсайт. URL: https://ecoaction.org.ua/ (дата звернення: 15.11.2023).
8. Вдосконалений критерій в методі оцінювання рівня безпеки процесу рекультивації земель місць знешкодження та знищення боєприпасів / В. А. Андронов та ін. Техногенно-екологічна безпека. 2022. Вип. 12 (2/2022). С. 43-50. DOI: 10.52363/2522-1892.2022.2.6.
9. Забруднення ґрунтів важкими металами в місцях падіння авіабомб та згорілої техніки: дослідження в Сумській області. SuperAgronom.com : вебсайт. URL: https://superagronom.com/ (дата звернення: 15.11.2023).
10. Narayanan M., & Ma Y. Mitigation of heavy metal stress in the soil through optimized interaction between plants and microbes. Journal of Environmental Management. 2023. Vol. 345. Art. 118732. DOI: 10.1016/j.jenvman.2023.118732.
11. Biological roles of soil microbial consortium on promoting safe crop production in heavy metal(loid) contaminated soil: A systematic review / N. Wang et al. Science of the Total Environment. 2024. Vol. 912. Art. 168994. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2023.168994.
12. Application of technological solutions for bioremediation of soils contaminated with heavy metals / Y. Chernysh et al. Journal of Engineering Sciences. 2021. Vol. 8, Issue 2. Pp. H8–H16. DOI: 10.21272 jes.2021.8(2).h2.
13. Antibiotics and antibiotic resistance genes in anaerobic digesters and predicted concentrations in agroecosystems / A. Visca et al. Journal of Environmental Management. 2022. Vol. 301. Art. 113891. DOI: 10.1016/j.jenvman.2021.113891.
14. The potential of digestate as a biofertilizer in eroded soils of Lithuania / A. Slepetiene et al. Waste Management. 2020. Vol. 102. Pp. 441-451. DOI: 10.1016/j.wasman.2019.11.008.
15. Effects of liquid digestate pretreatment on biogas production for anaerobic digestion of wheat straw / T. Liu et al. Bioresource Technology. 2019. Vol. 280. Pp. 345-351. DOI: 10.1016/j.biortech.2019.01.147.
16. Life cycle assessment of digestate post-treatment and utilization / E. Angouria-Tsorochidou, M. Seghetta, A. Trémier, M. Thomsen. Science of The Total Environment. 2022. Vol. 815. Art. 152764. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.152764.
17. Ammonium nitrogen recovery from digestate by hydrothermal pretreatment followed by activated hydrochar sorption / T. Zhang et al. Chemical Engineering Journal. 2020. Vol. 379. Art. 122254. DOI: 10.1016/j.cej.2019.122254.
18. Reactor performance and energy analysis of solid state anaerobic co-digestion of dairy manure with corn stover and tomato residues / Y. Li et al. Waste Management. 2018. Vol. 73. Pp. 130-139. DOI: 10.1016/j.wasman.2017.11.041.
19. Гелетуха Г., Кучерук П., Матвєєв Ю. Перспективи виробництва біометану в Україні. Аналітична записка UABIO. 2022. № 29. 60 с.
20. The potential of organic waste as a substrate for anaerobic digestion in Ukraine: trend definitions and environmental safety of the practices / Y. Chernysh. Environmental Problems. 2021. Vol. 6, № 3. Pp. 135-144. DOI: 10.23939/ep2021.03.135.
21. Assessing the potential phytotoxicity of digestate from winery wastes / Da Ros. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2018. Vol. 150. Pp. 26–33. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2017.12.029.
22. Gell K., van Groenigen J., Cayuela M. L. Residues of bioenergy production chains as soil amendments: Immediate and temporal phytotoxicity. Journal of Hazardous Materials. 2011. Vol. 186, Issue 2–3. Pp. 2017-2025. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2010.12.105.
23. Скворцова П. О., Аблєєва І. Ю. Визначення рівня фітотоксичності дигестату за допомогою індексу проростання насіння. Сучасні технології у промисловому виробництві : матеріали та програма X Всеукр. наук.-техн. конф., 18–21 квіт. 2023 р. Суми : Сумський державний університет, 2023. С. 161-162.
24. Effect of temperature and storage methods on liquid digestate: Focusing on the stability, phytotoxicity, and microbial community / J. Yan et al. Waste Management. 2023. Vol. 159. Pp. 1-11. DOI: 10.1016/j.wasman.2023.01.023.
25. Use of digestate from a decentralized on-farm biogas plant as fertilizer in soils: An ecotoxicological study for future indicators in risk and life cycle assessment / A. Pivato. Waste Management. 2016. Vol. 49. Pp. 378-389. DOI: 10.1016/j.wasman.2015.12.009.
26. Душкін C. C. Зниження рівня техногенної небезпеки негативного впливу осаду міських стічних вод на навколишнє середовище за допомогою гумінових речовин. Техногенно-екологічна безпека. 2021. Вип. 10 (2/2021). С. 70-74. DOI: 10.52363/2522-1892.2021.2.11.
27. Nitrogen availability in digestates from full-scale biogas plants following soil application as affected by operation parameters and input feedstocks / J. O. Nyang'au, P. Sørensen, H. B. Møller. Bioresource Technology Reports. 2023. Art. 101675. DOI: 10.1016/j.biteb.2023.101675.
28. Evaluating the impact of substrate addition for anaerobic co-digestion on biogas production and digestate quality: The case of deinking sludge / Y. Bareha et al. Journal of Environmental Management. 2022. Vol. 319. Art. 115657. DOI: 10.1016/j.jenvman.2022.115657.
29. ISO 18763:2016. “Soil quality – Determination of the toxic effects of pollutants on germination and early growth of higher plants”.
30. Effects of solid and liquid digestate for hydroponic baby leaf lettuce (Lactuca sativa L.) cultivation / D. Ronga et al. Scientia Horticulturae. 2019. Vol. 244. Pp. 172-181. DOI: 10.1016/j.scienta.2018.09.037.
31. Key factors affecting seed germination in phytotoxicity tests during sheep manure composting with carbon additives / G. Wang. Journal of Hazardous Materials. 2022. Vol. 421. Art. 126809. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2021.126809.
32. Technologies for Environmental Safety Application of Digestate as Biofertilizer / I. Ablieieva et al. Ecological Engineering and Environmental Technology. 2022. Vol. 23, Issue 3. Pp. 106-119. DOI: 10.12912/27197050/147154.
33. Management of poultry manure in Poland – Current state and future perspectives / D. Dróżdż et al. Journal of Environmental Management. 2020. Vol. 264. Art. 110327. DOI: 10.1016/j.jenvman.2020.110327.
34. Biogas digestates are not an effective nutrient solution for hydroponic tomato (Lycopersicon esculentum L.) production under a deep water culture system / H. A. Mupambwa et al. Heliyon. 2019. Vol. 5, Issue 10. Art. e02736. DOI: 10.1016/j.heliyon.2019.e02736.
35. Anaerobic digestates from sewage sludge used as fertilizer on a poor alkaline sandy soil and on a peat substrate: Effects on tomato plants growth and on soil properties / G. Cristina et al. Journal of Environmental Management. 2020. Vol. 269. Art. 110767. DOI: 10.1016/j.jenvman.2020.110767.