Evaluation of acidogenesis products’ effect on biogas production performed with metagenomics and isotopic approaches

Background: During the acetogenic step of anaerobic digestion, the products of acidogenesis are oxidized to substrates for methanogenesis: hydrogen, carbon dioxide and acetate. Acetogenesis and methanogenesis are highly interconnected processes due to the syntrophic associations between acetogenic bacteria and hydrogenotrophic methanogens, allowing the whole process to become thermodynamically favorable. The aim of this study is to determine the influence of the dominant acidic products on the metabolic pathways of methane formation and to find a core microbiome and substrate-specific species in a mixed biogas-producing system. Results: Four methane-producing microbial communities were fed with artificial media having one dominant component, respectively, lactate, butyrate, propionate and acetate, for 896 days in 3.5-L Up-flow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) bioreactors. All the microbial communities showed moderately different methane production and utilization of the substrates. Analyses of stable carbon isotope composition of the fermentation gas and the substrates showed differences in average values of δ13C(CH4) and δ13C(CO2) revealing that acetate and lactate strongly favored the acetotrophic pathway, while butyrate and propionate favored the hydrogenotrophic pathway of methane formation. Genome-centric metagenomic analysis recovered 234 Metagenome Assembled Genomes (MAGs), including 31 archaeal and 203 bacterial species, mostly unknown and uncultivable. MAGs accounted for 54%–67% of the entire microbial community (depending on the bioreactor) and evidenced that the microbiome is extremely complex in terms of the number of species. The core microbiome was composed of Methanothrix soehngenii (the most abundant), Methanoculleus sp., unknown Bacteroidales and Spirochaetaceae. Relative abundance analysis of all the samples revealed microbes having substrate preferences. Substrate-specific species were mostly unknown and not predominant in the microbial communities. Conclusions: In this experimental system, the dominant fermentation products subjected to methanogenesis moderately modified the final effect of bioreactor performance. At the molecular level, a different contribution of acetotrophic and hydrogenotrophic pathways for methane production, a very high level of new species recovered, and a moderate variability in microbial composition depending on substrate availability were evidenced. Propionate was not a factor ceasing methane production. All these findings are relevant because lactate, acetate, propionate and butyrate are the universal products of acidogenesis, regardless of feedstock

Państwo i społeczeństwo w XXI wieku : harmonizacja europejskiej przestrzeni współpracy w dziedzinie prawa, kultury i turystyki

Słowo wstępne "Poszerzenie Unii Europejskiej w maju 2004 roku różniło się zasadniczo od wcześniejszych. Wymagało bowiem od państw kandydujących nie tylko ogromnego wysiłku dostosowawczego. Daje się ono porównać raczej z początkowym okresem integracji. Wtedy także trzeba było wkroczyć na zupełnie nieznane ścieżki, które stopniowo doprowadziły do jednolitego systemu instytucjonalnego i prawnego, na którym dziś opiera się Wspólnota. Kraje środkowej części naszego kontynentu wchodziły do Unii również z oczekiwaniem, że członkostwo podniesie rangę tych państw na arenie międzynarodowej oraz jednoznacznie określi ich nową pozycję w Europie. Jednoczenie się Europy jest wyrazem głębokiej wspólnoty kulturowej, czerpiącej ze śródziemnomorskich korzeni naszej cywilizacji."(...

Sedimentary environment and geochemical correlation of the Oligocene deposits from the Dukla and Grybow units

Celem pracy była interpretacja środowisk depozycji utworów dolnego oligocenu, nazywanych warstwami podgrybowskimi i grybowskimi, z obrębu tzw. jednostki grybowskiej występujących w oknach tektonicznych Grybowa i Ropy oraz porównanie i wzajemne skorelowanie ich z warstwami menilitowymi z obrębu jednostki dukielskiej (ss.) z rejonu Dukli i Tylawy. Wyniki zostały oparte na badaniach sedymentologicznych i geochemicznych (Rock-Eval, biomarkery) uzupełnionych badaniami biostratygraficznymi, w celu określenia ich pozycji stratygraficznej. Wskazują one na odmienne warunki ich powstania niż dotychczas przyjmowano w wielu publikacjach, szczególnie w kontekście głębokości oligoceńskiego basenu sedymentacyjnego Karpat, i dają kolejne argumenty do zmiany poglądów na jego ewolucję. Przeprowadzone badania wskazują na znaczne podobieństwo litologiczne i dużo mniejsze podobieństwo geochemiczne warstw występujących w oknach tektonicznych do tych z obrębu jednostki dukielskiej (ss.). Główny powód różnicy wynika z ich stopnia pogrzebania i z wyższego zaangażowania tektonicznego warstw występujących w oknach tektonicznych, które weszły w fazę generowania węglowodorów i je wygenerowały. Niewielkie ilości ropy naftowej nadal są w ich obrębie zakumulowane.The aim of the work was to interpret the depositional environments of the Lower Oligocene Subgrybow and Grybow beds from the Grybow Unit, which are present in Grybow and Ropa tectonic windows, as well as the comparison and correlation between them and Menilite Beds from the Dukla Unit (ss.) in the area of Dukla and Tylawa. The results, based on sedimentological and geochemical studies (Rock Eval, biomarkers) supplemented by the biostratigraphic studies conducted to determine their stratigraphic position, show, that their origin differs from that presented in many previous papers, especially in the context of the depth of the Carpathian Oligocene sedimentary basin. They also provide some new arguments for revision views on its evolution. The results of research, show their lithological similarity, but to a lesser extent the geochemical similarity of beds occurring in tectonic windows and those in the area of the Dukla Unit (ss.). The main reason for such a difference is due to their different degree of burial maturation and tectonic evolution. Rocks from the tectonic windows were in the hydrocarbon generation window and generated hydrocarbons. Small amounts of crude oil are still being accumulated within them

Biomarkers, Tmax and vitrinite reflectance as organic matter thermal maturity indices in sedimentary rocks – correlations and scope of applicability

Niniejsza praca przedstawia zależności między różnymi wskaźnikami określającymi stopień dojrzałości termicznej materii organicznej. W badaniach wykorzystano pomiar refleksyjności witrynitu (Ro), pomiar Tmax z analizy Rock-Eval, molekularne wskaźniki dojrzałości otrzymane z analizy GC-MS frakcji nasyconej i aromatycznej ekstrahowanej substancji organicznej. Wzięto pod uwagę próbki zawierające witrynit, a także takie, które w składzie (głównie próbki dolnopaleozoiczne) zawierały macerały witrynitopo- dobne lub bituminit. Wykonano analizę korelacyjną między wskaźnikami stopnia dojrzałości dla próbek fliszu karpackiego oraz próbek reprezentujących utwory syluru i ordowiku oraz kambru górnego. Wyniki tych badań przedstawiono w postaci diagramów korelacyjnych oraz tabel korelacyjnych z obliczonymi współczynnikami korelacji.This study was aimed to determine the relationship between the various thermal indices determining the degree of organic matter maturity. In the correlation studies, vitrinite reflectance Ro, Tmax parameter from Rock-Eval analysis and indicators calculated obtained from the from the GCMS analysis data of aromatic and saturated fractions were used. For these studies samples containing macerals of vitrinite as well as samples containing vitrinite-like macerals in their composition were taken into account. An analysis of the relationship between indicators of the degree of maturity for samples representing: flysch Carpathian and for Silurian, Ordovician and Cambrian rocks was done. The results of these studies are presented in the form of correlation diagrams and tables with calculated correlation coefficients

Critical elements of petroleum systems in the sedimentary basins in Poland

Progress in geological, geophysical and drilling sciences during the past 30 years has introduced to hydrocarbon exploration the concept of petroleum system, understood as an analysis of the factors necessary forformation and preservation of oil and natural gas deposits. Thefinal evaluation ofpetroleum system is the product of allfactors involved in the formation of hydrocarbon accumulations, which must be preserved proper chronology of events in the geological space. Such interdependences build often synergistic or antagonistic configurations. These configurations are called critical elements of the petroleum system. Reliable and comprehensive analysis of critical elements ofpetroleum system in sedimentary basins in Poland lets identify potential new areas of hydrocarbon exploration. In this context, a particularly promising area is the petroleum system of the Pita Claystone Formation (central part of the Polish Rotliegend Basin) and deep “Carpathians” with their palaeo-mesozoic basement and deeper part of the Carpathian Foredeep

Source rock potential value of Middle Jurassic spherosyderitic black shales (Skrzypny Shale Formation) of the Pieniny Klippen Belt

The organic-rich sediments were deposited during the marly stage of the proto-Pieniny basin evolution (Early Jurassic-beginning of Middle Jurassic) when this basin was relatively narrow, before the origin of Czorsztyn Ridge. After the ridge uplift sedimentation changed from anoxic to oxic, calcareous. The Rock-Eval pyrolytical analysis revealed that the Aalenian-Early Bajocian black spherosyderitic shales of the Skrzypny Shale Formation are enriched in the organic matter, but the character of kerogen and TOC content indicate the lack of good source rocks within the Middle Jurassic of the Pieniny Klippen Belt

Aryl isoprenoids as indicators of the anoxic zones of the water column

Niniejsza praca wskazuje na użyteczność arylowych izoprenoidów jako wskaźników do uszczegółowienia występowania stref fotycznych w środowisku sedymentacji osadów. Dokonano przeglądu 50 próbek bituminów wyizolowanych przez ekstrakcję próbek skał, zróżnicowanych stratygraficznie i litologicznie, pod względem występowania i dystrybucji arylowych izoprenoidów. W kilkunastu próbkach, w których stwierdzono obecność tych związków, została wykonana analiza korelacyjna z uwzględnieniem składu molekularnego arylowych izoprenoidów, które są użyteczne do oceny warunków paleośrodowiskowych. Na podstawie rozpoznania literaturowego wybrano wskaźniki geochemiczne, które posłużyły do określania stref anoksycznych. Arylowe izoprenoidy są pochodnymi izorenieratenu, czyli pigmentu, który występuje m.in. w zielonych bakteriach siarkowych (Chlorobiaceae). Dla tego typu bakterii niezbędnymi do życia czynnikami są światło i siarkowodór (H2S). Z tego względu izorenieraten, jak również związki pochodne, m.in. arylowe izoprenoidy (takie jak trimetyloarylowe izoprenoidy) oraz diarylowe izoprenoidy, są bardzo dobrymi wskaźnikami warunków anoksycznych (beztlenowych) w strefie fotycznej. Pozwalają one także ocenić czas trwania fotycznej strefy anoksycznej (PZA). Wykorzystanie arylowych izoprenoidów w połączeniu z interpretacją powszechnie stosowanego wskaźnika Pr/Ph pozwala na uściślenie warunków środowiskowych.The aim of this work is to show the method of identification of compounds from the aryl isoprenoids group, for elaborating the information about photic zones during sedimentation. Several dozen bitumen extracts (from different geological settings) were used for this purpose. The presence of aryl isoprenoids compounds was proven in a dozen of 50 tested samples. Correlation analysis with a composition of isoprenoid compounds which are widely used for paleoenvironmental condition assessment, was conducted for these samples. After literature studies, the authors attempted to select geochemical markers which could be useful for anoxic zones determination. Aryl isoprenoids are derivatives of isorenieratene – a pigment which occurs in green sulfur bacteria (Chlorobiaceae). For these kinds of bacteria, the factors required to control their lives, are light and hydrogen sulfide content. Because of this fact the isorenieratene and derivative compounds like aryl isoprenoids (trimethylaryl isoprenoids) and diaryl isoprenoids are very good indicators of anoxic (anaerobic) condition in a photic zone. They are also useful in the estimation of photic zone anoxia (PZA) duration in time. The use of aryl isoprenoids combined with the interpretation of a commonly used Pr/Ph indicator allows to specify environmental conditions

Qualitative evaluation of hydrocarbons generated from different types of source rocks on the basis of PY-GC, Rock-Eval and Leco research results

Artykuł prezentuje zastosowanie metody wysokotemperaturowej pirolizy połączonej z chromatografią gazową (PY-GC) do oceny składu molekularnego węglowodorów generowanych z różnego typu skał macierzystych. Określenie produktów generacji umożliwia predykcję ekspulsji i migracji, a tym samym przyjęcie odpowiednich założeń do modelowania przepływów w systemie naftowym. Podjęto również próbę korelacji różnych metod pirolitycznych stosowanych w analizach skał macierzystych. Eksperymenty prowadzono zarówno na materiale rdzeniowym, jak i na kerogenie wyizolowanym ze skał macierzystych. Do badań użyto próbek zasobnych w materię organiczną o niskim stopniu przeobrażenia termicznego, tj. o niesczerpanym potencjale generacyjnym. Reprezentowały one II i III typ kerogenu. Wieloetapowa PY-GC pozwoliła nie tylko wskazać różnice potencjału generacyjnego pomiędzy kerogenem II i III typu, ale również wyróżnić formacje, w których jest reprezentowany ten sam typ kerogenu. Ocena ilościowa produktów pirolizy pozwala ponadto na dobór optymalnych warunków analizy PY-GC. Porównanie produktów desorpcji i pirolizy otrzymanych metodą PY-GC może być zastosowane do korelacji rop/bituminów ze skałą macierzystą.The article presents the method of high temperature pyrolysis combined with gas chromatography PY-GC to evaluate the characteristics of different types of source rocks in terms of diversity of the molecular composition of generated hydrocarbons. The qualification of the generated products enables the prediction of expulsion and migration, and therefore the adoption of appropriate assumptions in the modeling process of flows in the oil system. It also examines the correlation of different pyrolysis methods used in the analysis of source rocks. Experiments were carried out both on the core material and the kerogen isolated from the source rocks. Tests were performed on samples rich in organic matter on the low level of thermal transformation, and unexhausted generation potential. They represented the type II and type III kerogen. Multistage pyrolysis (PY-GC) allowed to point out not only the diversity of generation potential between II and III kerogen type, but also to differentiate formations, which are represented by the same type of kerogen. Quantitative assessment of the pyrolysis products gives information about the optimum PY-GC analysis conditions, bringing more information about the type of kerogen, which can be used in the geochemical interpretation. The comparison of PY-GC products after desorption and pyrolysis can be used in the correlation of oils/bitumens with source rock

Geneza siarkowodoru w węglanowych skałach zbiornikowych

The article presents the problem of hydrogen sulfide (H2S) occurring in hydrocarbon deposits and copper mines. The presence of this gas is an immense problem due to the necessity of removing it from liquid and gaseous deposits, threat to miner’s life, a negative impact on the equipment and the need of its utilization. The authors try to determine the origin of hydrogen sulfide in sedimentary basins on the basis of literature data concerning Polish and foreign deposits. The main processes of hydrogen sulfide formation are bacterial sulfate reduction (BSR) and thermochemical sulfate reduction (TSR). Because of similar products of these reactions, the unequivocal identification of the process of hydrogen sulfide formation is a difficult problem to solve. It is necessary to use additional geological and geochemical indicators to identify the origin of this gas. In this article Polish and foreign deposits with documented symptoms of the presence of hydrogen sulfide are compared. In addition, major mechanisms of H2S generation and criteria necessary for the occurrence of BSR and TSR processes are presented. The knowledge gained is essential at the stage of planning the exploitation of the reservoirs in order to predict the hydrogen sulfide presence.W artykule poruszony został problem występowania siarkowodoru w złożach węglowodorów oraz rud miedzi. Obecność tego gazu jest dużym problemem ze względu na konieczność jego usunięcia z ciekłych i gazowych kopalin, zagrożenia życia górników prowadzących eksploatację w kopalniach, negatywny wpływ na urządzenia oraz konieczności jego zagospodarowania. Autorzy wskazują na genezę siarkowodoru w basenach sedymentacyjnych, na podstawie danych literaturowych dotyczących złóż polskich i światowych. Jako główne procesy powstawania H2S przyjmuje się bakteryjną redukcję siarczanów (BRS), a także termochemiczną redukcję siarczanów (TRS). Ze względu na jednakowe produkty tych reakcji, jednoznaczne określenie procesu powstania siarkowodoru jest problemem trudnym do rozwiązania. Niezbędne jest zastosowanie dodatkowych wskaźników geologicznych i geochemicznych w celu określenia genezy tego gazu. W prezentowanej pracy zestawiono krajowe i zagraniczne złoża w których odnotowano przejawy obecności siarkowodoru. Ponadto przedstawiono główne mechanizmy jego powstawania oraz kryteria które muszą zostać spełnione aby zaistniał proces BRS lub TRS. Zdobyta wiedza jest niezbędna na etapie planowania eksploatacji złóż celem przewidzenia możliwości wystąpienia siarkowodoru

Influence of cores and cuttings cleaning from oil-based mud on geochemical Rock Eval parameters

W pracy przetestowano skuteczność różnych mieszanin i rozpuszczalników w oczyszczaniu próbek okruchowych i rdzeniowych zanieczyszczonych składnikami płuczki olejowej. Przeprowadzone testy wykazały, że w żadnym przypadku nie uzyskano w 100% satysfakcjonującego efektu w postaci selektywnego wymycia niepożądanych zanieczyszczeń. Pomimo braku wyboru jednego środka czyszczącego udało się zminimalizować efekt zanieczyszczenia w drodze płukania alkoholem izopropylowym. W pracy przeanalizowano także i oszacowano zakres wpływu składników płuczki olejowej na uzyskiwane parametry geochemiczne z badań Rock Eval próbek okruchowych oraz rdzeniowych, charakteryzujących się różną litologią i różnymi własnościami przepuszczalności i zasobności w substancję organiczną.The studies tested the effectiveness of different mixtures and solvents in cleaning the cuttings and core samples contaminated by components of an oil based drill mud. The tests carried out showed that in no case was a 100% satisfactory result obtained, for selectively washed unwanted impurities. Despite the lack of choice of one single cleaning agent, we were able to minimize the effect of pollution by washing with isopropyl alcohol. The studies analyzed and assessed, the scope of the impact of the components of the oil mud on the geochemical parameters obtained from the Rock Eval analyses of cuttings and core samples, which are characterized by different lithology, permeability properties and are abundant in organic matter