Борисов І. О. Денітрифікація та супутні технологічні процеси у біофільтрі для децентралізованої підготовки питної води

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії

Державний реєстраційний номер

0826U004640

Облікова картка дисертації

0826U004640.pdf

Здобувач

Спеціальність

  • 161 - Хімічні технології та інженерія

02-09-2026

Спеціалізована вчена рада

PhD 15599

Український державний університет науки і технологій

Анотація

Борисов І. О. «Денітрифікація та супутні технологічні процеси у біофільтрі для децентралізованої підготовки питної води». – Кваліфікаційна наукова робота на правах рукопису. Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії за спеціальністю 161 Хімічні технології та інженерія. – Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2026. Дисертаційну роботу виконано на кафедрі технології неорганічних речовин та екології Українського державного університету науки і технологій. Дисертацію присвячено вирішенню проблеми створення ефективного, надійного, доступного водоочисного пристрою персонального використання для отримання якісної питної води із води джерел децентралізованого водоспоживання, що забруднені нітратами. Актуальність роботи зумовлена потребою у дослідженні процесів і розробці відповідного устаткування для реалізації способу біологічно-фільтраційного зниження вмісту нітратів і супутніх домішок у воді з децентралізованих джерел приладом персонального використання типу point-of-use (POU) для запобігання ризикам громадського здоров’я шляхом забезпечення стійкої безпеки питної води. Об’єкт дослідження – процеси комплексного очищення води від нітратів, сульфатів, солей жорсткості та її кондиціонування в локальній системі POU. Предмет дослідження – закономірності паралельного протікання мікробіологічних (денітрифікація, сульфатредукція) і фізико-хімічних (пом’якшення, бульбашково-плівкова екстракція) процесів у біофільтрі POU та їх вплив на якість очищеної води. У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету, задачі, об`єкт і предмет досліджень, висвітлено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, наведено зв’язок роботи з іншими науковоми тематиками та приведено особистий внесок здобувача. Перший розділ дисертації висвячує проблему забруднення природних вод нітратами, внаслідок порушення збалансованого природного циклу азоту і розкриває шляхи її вирішення для водо споживачів поза межами централізованого водопостачання. У другому розділі детально описано конструкцію та принцип роботи розробленого лабораторного прототипу денітрифікуючого біофільтра. Апаратура має гібридну конфігурацію з поєднанням низхідного та висхідного потоків, що дозволяє формувати необхідні функціональні зони. Третій розділ присвячено дослідженню роботи прототипу біофільтра та обґрунтуванню гідравлічного режиму витіснення. Доведено, що перехід від безперервного проточного режиму до порційного (витіснювального) подачі води є критично важливим для запобігання кольматації фільтрувального завантаження біомасою. У четвертого розділі проведено детальне дослідження кінетики процесу денітрифікації. На основі математичного моделювання та аналізу експериментальних даних встановлено, що біологічне відновлення нітратів до молекулярного азоту в даній системі підпорядковується кінетиці першого порядку. П'ятий розділ присвячено дослідженню процесу сульфатредукції, який активується в біофільтрі при надлишку органічного субстрату та наявності сульфатів у вихідній воді. Шостий розділ містить результати дослідження процесу зниження кальцієвої жорсткості. Теоретично та експериментально обґрунтовано, що біологічні процеси в біофільтрі супроводжуються накопиченням гідрокарбонат-іонів та гідроксид-іонів. Сьомий розділ присвячено дослідженню процесу освітлення води методом бульбашково-плівкової екстракції. Вперше у фільтрі POU реалізовано фінішне кондиціонування питної води цим методом. Восьмий розділ описує розробку та дослідження гідродинамічного дозатора бактеріального живлення. Запропоновано інноваційний пристрій, який не потребує електроживлення та електронних компонентів, що забезпечує його надійність та доступність. Запропонована технологія та конструкція денітрифікуючого біофільтра дозволяють створити ефективний, автономний та економічно вигідний пристрій для децентралізованого водоочищення, що вирішує проблему забруднення питної води нітратами в умовах відсутності централізованих мереж. Ключові слова: підготовка питної води, якість води, денітрифікація, нітрати, екстракція, біомаса, добрива, розчинники, реакція виділення кисню, спротив корозії, зворотний осмос, іонний обмін, відновлення сульфатів, біофільтри для точки використання.

Читати повністю

Публікації

1. Борисов И., Гевод В. Синяя экономика. Ресурсоэффективность в очистке сточных вод // Вода и водоочистные технологии : укр. наук.-прак. журн. Киев: WaterNet. 2017. №3(85). С.8-12 (Фахове видання).

2. Gevod V. S., Borisov I. A. Influence of air bubble flow structure on the rate of water purification by the bubble-film extraction method // Water Science & Technology Water Supply. 2019. Vol. 19, № 8. P. 2298–2308. DOI: 10.2166/ws.2019.112 (Scopus Q3).

3. Гевод В.С., Борисов И.А., Чернова А.С. Адсорбция ПАВ на воздушных пузырьках и влияние соотношения их размеров на производительность пузырьково-пленочной экстракции // Вісник Черкаського державного технологічного університету. Технічні науки. 2019. Вип. 3. С. 118-216 (Фахове видання, Index Copernicus).

4. Gevod V., Borysov I., Frolova L., Issayeva A. Influence of the nutrition substrate concentration on sulfate reduction in denitrifying biofilter point of use // Indian Chemical Engineer. 2023. Vol. 65, № 5. P. 439–450. DOI: 10.1080/00194506.2023.2205851 (Scopus Q3; WoS).

5. Борисов І., Гевод В., Коваленко І. Безреагентне зниження гідрокарбонатної та кальцієвої твердості води: рівноважні стани та кінетика // Voprosy Khimii I Khimicheskoi Tekhnologii. 2023. № 6. P. 25–36. DOI: 10.32434/0321-4095-2023-151-6-25-36 (Scopus Q3).

6. Борисов І., Гевод В. Математична модель сполучених процесів денітрифікації та відновлення сульфатів в інноваційному біофільтрі // Вісник Черкаського державного технологічного університету. 2023. № 3. P. 26–39. DOI: 10.24025/2306-4412.3.2023.278907 (Фахове видання категорії «Б», Index Copernicus).

7. Borysov I., Kovalenko I., Gevod V., Frolova L. Reduction of water calcium hardness in the denitrifying biofilter // Green Chemistry Letters and Reviews. 2025. Vol. 18, № 1. Article 2512207. DOI: 10.1080/17518253.2025.2512207 (Scopus Q1).

8. Gevod V., Borysov I., Kovalenko I. Reliable and accessible point-of-use water denitrification system // Voprosy Khimii I Khimicheskoi Tekhnologii. 2025. № 2. P. 58–66. DOI: 10.32434/0321-4095-2025-159-2-58-66 (Scopus Q3).

9. Гевод В.С., Борисов И.А., Экоэффективный водоочиститель питание от электрической сети и от солнечных батарей // Збірник тез доповідей VII Міжнародної науково-технічної конференції «Сучасні проблеми технології неорганічних речовин та ресурсозбереження». Дніпропетровськ 2015. С.141.

10. Borysov I., Maletskyi Z., Gevod V. Advances and challenges in anaerobic digestion of sewage sludge // Тези доповідей VIII Міжнародної науково-технічної конференції «Хімія та сучасні технології», 26-28 квітня 2017 р., Дніпро. Дніпро : УДХТУ, 2017. С.89-90.

11. Гевод В.С., Борисов И.А. Загрязнение питьевой воды внутри водопроводов и экономичный способ её доочистки в местах потребления // Водные ресурсы и климат: материалы V Международного Водного Форума в 2 ч., БГТУ. Минск. 2017. Ч. 2. С.10-18.

12. Борисов И.А., Малецкий З.В. Влияние плотности заряда и дозы флокулянтов на эффективность обезвоживания шламов процессов анаэробного сбраживания // Перспективи майбутнього та реалії сьогодення в технологіях водопідготовки: матеріали II Міжнародної науково-практичної конференції, 19-20 квітня 2018 р., Київ. Київ : НУХТ, 2018, С.137.

13. Борисов И.А., Гевод В.С. Эффективность удаления гидрозолей железа и каолина в рециркуляционном водоочистителе // Перспективи майбутнього та реалії сьогодення в технологіях водопідготовки: матеріали II Міжнародної науково-практичної конференції, 19-20 квітня 2018 р., Київ. Київ : НУХТ, 2018, С.139.

14. Gevod V., Borysov I. The Influence of the Air Bubbles Size into the Rate of Water Purification by the Bubble-Film Extraction Method // Water and Development Congress & Exhibition IWA, Colombo, 1-5 December 2019, Colombo, Sri Lanka. Poster – ID: 4391848.

15. Гевод В.С., Чернова А.С., Борисов И.А. Осветление биофильтрата методом пузырьково-пленочной экстракции в малогабаритном денитрифицирующем устройстве // Сучасний рух науки: тези доповідей XII Міжнародної науково-практичної інтернет-конференції, у 2-х ч. Ч.1 /1-2 квітня 2021р., Дніпро. Дніпро, 2021. с.361-364.

16. Borysov I., Gevod V., Kovalenko I. Creation and Design of Denitrification Biofilter “Point of Use” // Innovative Development of Resource-Saving Technologies and Sustainable Use of Natural Resources. 5rd International Scientific and Technical Conference. 23-24 січень 2023р. Рівне. Рівне : НУВГП 2023. С.69-71.

17. Борисов І., Гевод В., Коваленко І. Пониження кальцієвої жорсткості води в денітрифікуючому біофільтрі // Міжнародна конференція з хімії, хімічної технології та екології, присвячена 125-річчю КПІ ім. Ігоря Сікорського : збірник тез доповідей. Київ, 2023. С. 147.

18. Борисов І.О., Гевод В.С., Коваленко І.Л. Безреагентне зниження гідрогенкарбонатно-кальцієвої жорсткості води: рівноважні стани та кінетика // Водопостачання і водовідведення: проектування, будівництво, експлуатація, моніторинг. Тези доповідей V Міжнародна наукова-технічна конференція. 11-13 жовтня 2023 р., Львів : зб. матер.– Електрон. дан.– Київ :– Яроче́нко Я. В. 2023. С. 91 с. 35

19. Gevod V. S., Borysov I. O. Carbonate system behavior in the denitrifying biofilter // Хімія і сучасні технології : матеріали ХІ Міжнародної науково-практичної інтернет-конференції здобувачів вищої освіти та молодих учених, 6–7 грудня 2023 р., Дніпро. Дніпро, 2023. Т. 1. С. 49.

20. Gevod V., Borysov I., Smotraev R., Kovalenko I. Cost-effective, affordable water denitrification device at Point-of-Use // Water and Development Congress & Exhibition “Water, sanitation and climate resilience – keys to a water-wise future”, 10–14 December 2023, Kigali, Rwanda.

21. Гевод В. С., Борисов І. О., Коваленко І. Л. Сегментування тіла, що фільтрує, в зануреному денітрифікуючому біофільтрі точки використання та його функціонально-експлуатаційні переваги // Ресурси природних вод Карпатського регіону: проблеми охорони та раціонального використання: матеріали ХХІІ Міжнародної науково-практичної конференції, 23–24 травня 2024 р., Львів. Львів : НУ «Львівська політехніка», 2024. С. 242–245.

22. Борисов І. О., Кукуруза А. К., Куркурін А. А., Гевод В. С. Гідродинамічний дозатор розчину субстрату бактеріального живлення для денітрифікуючого біофільтру Point of use // Міжнародна наукова конференція «Актуальні питання біотехнології, екології та природокористування», 14–15 травня 2025 р., Харків. Харків : Державний біотехнологічний університет, 2025. С. 45.

23. Борисов І. О., Кукуруза А. К., Куркурін А. А., Гевод В. С. Надійний гідродинамічний дозатор розчину субстрата бактеріального живлення для денітрифікуючого біофільтра POINT OF USE // Ресурси природних вод Карпатського регіону: проблеми охорони та раціонального використання: матеріали ХХІІІ Міжнародної науково-практичної конференції, 29–30 травня 2025 р., Львів. Львів : НУ «Львівська політехніка», 2025. С. 305.

Читати повністю

Файли

autoreferat-Анотація.pdf

Борисов_рукопис_дисертації.pdf

Схожі дисертації

0826U005051

Кузьмінський Віталій Юрійович

Алкідні плівкоутворювачі, модифіковані азотвмісними похідними аліфатичних кислот

0826U004862

Сула Михайло Петрович

Композити на основі ароматичного поліаміду та фторполімеру для вузлів тертя обладнання харчової промисловості

0826U004828

Мікац Олег Михайлович

Безполуменеві хімічні нагрівачі для обігріву особового складу в умовах бойових дій

0826U004827

Сергієнко Яна Олександрівна

Енергетичні комплекси поглинання та акумулювання низькопотенційної теплової енергії на основі полімер-неорганічних сорбентів

0826U004701

Положай Андрій Григорович

Низькотемпературна карбідокремнієва кераміка на склокристалічних зв’язках системи (Li2O, MgO, MnO) – Al2O3 – SiO2.