Dr hab. inż. Mariola Rajca

Transkrypt

1 Dr hab. inż. Mariola Rajca Gliwice, r. Politechnika Śląska Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki Instytut Inżynierii Wody i Ścieków Zakład Chemii Środowiska i Procesów Membranowych ul. Konarskiego 18, Gliwice tel.: , mariola.rajca@polsl.pl RECENZJA rozprawy doktorskiej mgr inż. Konrada Ćwirko pt. Modelowanie transportu masy w procesach ultrafiltracji roztworów zasolonych i zaolejonych z zastosowaniem membran ceramicznych (promotor: Dr hab. inż. Elwira Tomczak, prof. nadzw. PŁ) Podstawa opracowania recenzji: Pismo Dziekana Wydziału Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska Politechniki Łódzkiej z dnia r. Wybór tematyki rozprawy doktorskiej Przedstawiona mi do recenzji dysertacja doktorska przygotowana przez Pana mgr inż. Konrada Ćwirko pt. Modelowanie transportu masy w procesach ultrafiltracji roztworów zasolonych i zaolejonych z zastosowaniem membran ceramicznych jest opracowaniem stanowiącym dowód biegłej orientacji Autora w modelowaniu matematycznym zjawisk występujących w procesach membranowych (fouling), analizy danych i konstruowaniu obiektywnych wniosków. Podjęty temat jest aktualny i istotny w technologii membranowej. Autor w swoich badaniach uwagę skupił na ocenie mechanizmu foulingu podczas ultrafiltracji bardzo uciążliwych dla środowiska ścieków, jakimi są wody zaolejone i zasolone. Pomimo wielu tysięcy dokumentów w bazie Scopus, w których jako słowo kluczowe pojawia się termin fouling, wciąż istnieje jednak potrzeba wyjaśnienia mechanizmu tego zjawiska. Biorąc pod uwagę powyższe, temat przedstawionej do recenzji pracy wpisuje się w aktualne trendy badawcze, a podjęta przez Doktoranta problematyka badawcza jest nadal relatywnie nowatorska w technologii membranowej. Ogólna charakterystyka rozprawy Dysertacja obejmuje 151 stron, zawiera 48 rysunków, 33 tabele i 3 fotografie. Autor powołuje się na 209 pozycji literaturowych, z czego16 pozycji to biuletyny i unormowania prawne, a 11 pozycji to strony internetowe. Praca ma klasyczny układ, tzn. została podzielona na dwie części: literaturową i eksperymentalną. Na początku pracy znajduje się wykaz symboli i skrótów oraz wprowadzenie do tematu dysertacji. Część literaturowa składa się z pięciu rozdziałów złożonych z kilku podrozdziałów zawierających przegląd literatury przedmiotu. W dalszej części pracy zamieszczono hipotezę, cel i zakres pracy. Na część eksperymentalną składają się metodyka badań, wyniki oraz planowanie eksperymentów, opracowanie matematyczne oraz omówienie i dyskusja wyników. Rozprawę zamykają: rozdział z podsumowaniem i wnioskami oraz wykaz literatury. W pracy zamieszczone zostały załączniki dotyczące konwencji, przepisów prawnych i ustaw oraz dodatkowych tabel 1

2 i rysunków. Ponadto, Doktorant zamieścił streszczenie w języku polskim i angielskim. Podział pracy na poszczególne części jest klarowny. W części literaturowej rozprawy Doktorant odnosi się do publikacji pochodzących w większości z ostatnich kilku lat, co świadczy o aktualności i globalnym zainteresowaniu podjętej tematyki badawczej. W kolejnych rozdziałach i podrozdziałach Doktorant przedstawił charakterystykę wód zaolejonych i zasolonych, źródła ich powstawania i oddziaływania na środowisko, a ponadto przedstawił przepisy regulujące postępowanie z tego typu wodami, jak również metody ich oczyszczania. Część literaturową kończy rozdział opisujący fouling membranowy, na którego tle jasno stają się sformułowane przez Autora hipoteza i cel pracy. Doktorant postawił hipotezę pracy:..zjawisko foulingu jest bardziej złożone i może mieć charakter mieszany. Depozycja cząstek/cząsteczek na membranie może być reprezentowana przez więcej niż jeden mechanizm występując kolejno lub jednocześnie w różnych kombinacjach. Współczynniki w modelu Hermii mogą przyjmować nie ściśle określone wartości, ale ich wartości można znaleźć w przedziale <0; 2>. Celem głównym recenzowanej rozprawy jest:...ocena możliwości zastosowania procesu ultrafiltracji z wykorzystaniem ceramicznej membrany tubularnej do separacji oleju z wodnej emulsji olejowej w obecności soli (NaCl) oraz modelowanie matematyczne zjawiska foulingu zachodzącego podczas procesu membranowego, mającego wpływ na transport masy przez membranę. Hipoteza i cel są poprawnie przyjęte, właściwie dla prac doktorskich, a lektura pracy utwierdziła mnie w przekonaniu, że hipoteza się sprawdziła, zaś cel został osiągnięty. Muszę jednak stwierdzić, że pomimo tego, że przegląd literatury jest związany z podjętą tematyką badań, ta część pracy wydaje się być zbyt obszerna (51 stron) w kontekście części dysertacji poświęconej wynikom eksperymentów i ich dyskusji (32 strony plus dodatkowe tabele i rysunki w załączniku), ale tym samym Autor dobitnie i obszernie wskazał na problem związany z utylizacją zaolejonych i zasolonych wód, jak również na ich szkodliwe oddziaływanie na środowisko, równocześnie wskazując kierunek rozwiązania tego problemu. Charakterystyka rozdziałów pracy w części eksperymentalnej Część eksperymentalną dysertacji otwiera rozdział zatytułowany Materiały, aparatura i metodyka badań. Autor podał charakterystykę zastosowanego w badaniach oleju hydraulicznego, opisał sposób prowadzenia procesu ultrafiltracji w laboratoryjnej instalacji pilotowej firmy Intermasz, zaopatrzonej w moduł ceramiczny jednorurowy. W rozdziale 6.3. została omówiona metodyka prowadzenia eksperymentów. Doktorant przedstawił sposób przygotowania roztworów modelowych o różnym stężeniu soli, tj. 1 i 3,5% oraz oleju 500 i 1500 ppm. Ponadto, opisano sposób pobierania próbek do analiz oraz wskazano na metodykę czyszczenia modułu membranowego. Wyniki badań separacji oleju z emulsji olej-woda-nacl oraz zmiany objętościowego strumienia permeatu w czasie przedstawiono w rozdziale 7 i jego podrozdziałach. Rozdział 8 poświęcono planowaniu eksperymentów, tj. zastosowano planowanie dwupoziomowe całkowite. Zgodnie z tym planem łączna liczba eksperymentów wynosi 2 n, gdzie n jest liczbą zmiennych wejściowych. W pracy podjęto próbę oceny wpływu takich parametrów jak: prędkość przepływu nad membraną LFV, ciśnienie transmembranowe TMP, stężenie soli CNaCl oraz stężenie oleju Colej, a więc n = 4. W podrozdziale 8.2 przedstawiono 2

3 metodologię planowania i opis matematyczny wyników, zaś w podrozdziale 8.3. oceniono wpływ parametrów operacyjnych na wydajność i selektywność badanej membrany ceramicznej. Analiza wyników badań pozwoliła Autorowi na postawienie paru kluczowych wniosków, a w dalszej kolejności dokonano oceny statystycznej wyników. Kluczowy rozdział 9 dotyczy opracowania matematycznego i dyskusji wyników badań. Autor swoją ocenę wielkości foulingu podczas separacji oleju i soli z wód zaolejonych i zosolonych oparł o model oporów szeregowych, na podstawie którego określił wartości składowych oporów utrudniających transport permeatu przez membranę, w tym ocenił opór samej membrany na poziomie 50% oporu całkowitego. Analizę mechanizmu blokowania membrany Autor przeprowadził metodą własnych obliczeń w oparciu o model Hermii. Stwierdził, że określenie który mechanizm blokowania porów dominuje dokonywane poprzez linearyzację równań 9.8, 9.17, 9.27 i 9.43 w pracy i lepsze dopasowanie danych doświadczalnych i obliczonych jest mało rzetelne, dlatego zaproponował numeryczną aproksymację danych eksperymentalnych. Posłużono się programem MATLAB wykorzystując znane procedury (fmincon, ode45) do optymalizacji wyników badań. Przeprowadzono weryfikację danych eksperymentalnych i obliczonych w podrozdziale , która pozwoliła określić pomiary z najlepszym przybliżeniem, tj. odnosi się to do eksperymentu nr 5, 11 i 21. Istotnym i końcowym punktem w pracy jest podrozdział 9.3., w którym Doktorant określił czas efektywnej pracy zastosowanej w badaniach membrany ceramicznej. Wyniósł on 32,12 min., co oznacza, że po tym czasie należałoby rozpocząć proces mycia membrany. Część doświadczalną pracy kończy rozdział 10 Podsumowanie i wnioski. Doktorant przedstawił kilka kluczowych wniosków, świadczących o krytycznym podejściu do badań i dojrzałości naukowej. Uwagi dyskusyjne, komentarze i zapytania Rozdziały 6-10 i ich podrozdziały przedstawiają kompleksowe badania opisujące metodykę prowadzenia eksperymentów, opis matematyczny transportu masy i selektywności badanej membrany ceramicznej, jednak nie wszystkie kwestie związane z omawianym tematem zostały wyczerpująco wyjaśnione. W szczególności: 1. Na str. 67 znajduje się informacja: Na przepływomierzu elektromagnetycznym z wyświetlaczem (4) rejestrowana była wartość przepływu nad membraną, która odpowiadała założonemu ciśnieniu transmembranowemu czy chodzi o ciśnienie wyliczone z równania (6.1) na str. 70? 2. Co było podstawą ustalenia sposobu pobierania próbek: w 1-minutowych, a potem minutowych odstępach, dokładniejszy przebieg zmian strumienia permeatu uzyskano by dla poborów 1-minutowych. 3. Doktorant pisze na str. 71, że każdy eksperyment powtarzano dwukrotnie - to czy prezentowane wyniki są wynikami średnimi z 2 eksperymentów? 4. Na str. 71 Doktorant odwołuje się do procedury czyszczenia chemicznego modułu membranowego zgodną z zaleceniami producenta cyt.: (sumarycznie 120 min) proszę o wyjaśnienie co to oznacza? Czy każdorazowo po wykonaniu eksperymentu potrzebny był taki sam czas by uzyskać przepuszczalność hydrauliczną dla membrany czystej? Czy sumarycznie oznacza sumaryczny czas czyszczenia membrany wykonany dla wszystkich eksperymentów? 5. Na str. 81, podrozdział 8.2. znajduje się informacja, że strumień Jss to końcowy dla ustalonej w czasie pracy modułu UF - niefortunne jest podanie metody obliczenia tego strumienia dopiero w rozdziale 9. Podany zapis jednostki dla tego strumienia w tabeli 8.2. różni się od zapisu jednostek w innych tabelach (np i in.) 3

4 6. Na str. 81 i 87 znajduje się identyczne zdanie, tj.: Zaobserwowano, że im większa zawartość soli w roztworze nadawy, tym niższy strumień początkowy i końcowy dla ustalonej w czasie pracy modułu UF, przy czym zdanie na str. 81 wprowadza czytelnika w błąd, ponieważ spadek strumienia jest nieznaczny, co uzupełniono na str. 87. Co jest przyczyną większego oddziaływania soli na strumień Jss, jak napisano we wniosku na str. 85? 7. Czy uzyskane wyniki z eksperymentów dla roztworu modelowego, zawierającego olej Hydrol L-HL 46 można w jakimś stopniu odnieść do roztworów z innym olejem, czy były wykonane jakieś próby? Ponadto, we wniosku na str. 110 wspomniano o konieczności opracowania modeli do roztworów rzeczywistym, czy były wykonane próbne badania? Język, stylistyka i szata graficzna pracy Praca napisana jest poprawnym, technicznym językiem. Rozprawę czyta się dobrze. Szatę graficzną oceniam dobrze, jednak muszę nadmienić, że niektóre zapożyczone z literatury rysunki są mniej czytelne i mogą sprawiać kłopot w ich odczytaniu ze względu na małą czcionkę (np. rys 4.1, rys. 5.6). Uważam, że niektóre rysunki i tabele własne również byłyby łatwiejsze w odczytywaniu, gdyby zastosowano większą czcionkę (np. na rys. 7.1., tab. 9.1.). Ponadto uwagę zwraca różnorodność w przedstawianiu wartości dziesiętnych w tabelach, tj. zastosowano albo kropki, albo przecinki lub mieszaninę tych znaków w jednej tabeli (np. w tabelach 9.1 i 9.2 przy wartościach 1.12, 1.01, 1.14, 1.18). Pomimo niewątpliwie wysokiej wartości naukowej pracy Autor nie ustrzegł się licznych błędów edytorskich. Na przykład na stronie 23 i 24, postawiono znak % po spacji, a powinno być bez spacji. Dysertacja zawiera liczne błędy literowe (np.: na str. 18 zanieczyszczania stałe zamiast zanieczyszczenia stałe, na str. 29 opadów zamiast odpadów i wiele innych tego typu drobnych literówek) oraz kilka innych nieścisłości, a najważniejsze z nich to m.in.: na str. 36 użyto sformułowania:.. powstającego osadu czynnego czy raczej pokoagulacyjnego? podana wielkość porów w membranie na str. 42 (1-100nm) nie pokrywa się z wartością w tabeli 4.1. na str. 55 znaczenie µw lepkość wody [Pa s] powinno być pod równaniem (5.4) str. 55 w legendzie pod równaniem i w równaniu (5.4) zastosowano symbol Jw., zaś w wykazie symboli Jw1? na str. 59 przywołano w tekście tabelę 5.1., powinno być dodane, że tabela ta znajduje się na str. 63, ponieważ na kolejnych stronach pojawiają się kolejne tabele, w związku z czym nie ma kolejności numeracji tabel lub można było tabelę 5.1. pokazać na str. 60 pod równaniem (7.1) na str. 72 powinien znaleźć się opis symboli we wzorze na stronie 73, w tabeli 7.3. w kolumnie 6 i wierszu 6 jest wartość 13.16, a powinno być 3.16 str. 82, w tekście nad tabelą 8.1. podano, że wartości J0 i R są w tabeli 8.1. a powinno być w tabeli 8.2. w tabelach 9.4. do 9.6. na str. 96 zastosowano nowe symbole ncal i nuzn, których znaczenie nie jest wytłumaczone w wykazie symboli ani w tekście przed tabelami. Ponadto w opisie tych tabel powinno być zawartości a nie zwartości, ta uwaga dotyczy również tabel 9.7. do 9.9. str. 97, w wierszu 6, u dołu strony współczynnik nuzn = 1.88 a powinno być

5