Prof. dr hab. inż. Liliana Krzystek Katedra Inżynierii Bioprocesowej Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska Politechnika Łódzka Łódź, dn. 25. 11. 2018r. RECENZJA ROZPRAWY DOKTORSKIEJ mgr inż. Aleksandry Szaja z Wydziału Inżynierii Środowiska Politechniki Lubelskiej WSPÓŁFERMENTACJA SERWATKI KWAŚNEJ Z OSADAMI ŚCIEKOWYMI W UKŁADZIE DWU- I TRÓJSKŁADNIKOWYM Promotor pracy: dr hab. inż. Agnieszka Montusiewicz Charakterystyka pracy Recenzowana rozprawa została wykonana w Instytucie Inżynierii Ochrony Środowiska na Wydziale Inżynierii Środowiska Politechniki Lubelskiej w Lublinie. Tematyka badawcza Instytutu od lat jest zogniskowana na zagadnieniach dotyczących różnych aspektów inżynierii środowiska, a w szczególności związanych z zagospodarowaniem osadów ściekowych oraz odcieków ze składowisk odpadów komunalnych. Od strony formalnej, praca doktorska została opracowana przejrzyście i z typowym podziałem na poszczególne rozdziały. Rozpoczyna się od krótkiego wstępu, po którym przedstawiony jest przegląd literatury. Następnie zamieszczony jest cel i zakres pracy. Dalej opisana jest metodyka badań oraz stanowisko badawcze. W następnych rozdziałach przedstawione są wyniki przeprowadzonych badań doświadczalnych oraz ich dyskusja. Praca kończy się wnioskami i wykazem wykorzystanej w pracy literatury. Wykaz ważniejszych skrótów i oznaczeń użytych w pracy zamieszczono na samym początku pracy. Przed wstępem zamieszczono także streszczenie pracy w języku polskim i angielskim. W pracy zawarto 17 rysunków i 21 tabel oraz wykorzystano 264 pozycje literaturowe (w tym 5 źródeł internetowych). Dokumentacja pracy zawiera 134 strony maszynopisu, w tym 46 stron części literaturowej. Do pracy załączona została również płyta CD z pełnym tekstem rozprawy doktorskiej.
Już we Wstępie do pracy zdefiniowany został obszar zainteresowań oraz przedstawiono zasadność podjęcia badań nad zastosowaniem współfermentacji osadów ściekowych z serwatką kwaśną i młótem browarniczym. Doktorantka podkreśliła rolę fermentacji metanowej w systemie zagospodarowania odpadów i wytwarzania energii odnawialnej. Przegląd literatury Doktorantka rozpoczęła od wnikliwej charakterystyki procesu fermentacji metanowej oraz wykorzystywanych do produkcji biogazu substratów: osadów ściekowych, organicznej frakcji odpadów komunalnych oraz odpadów rolnoprzemysłowych. Kolejna część pracy została poświęcona opisowi efektywności procesu współfermentacji substratów stosowanych w pracy z innymi kosubstratami. Następnie przedstawiony został cel i zakres pracy. Po części teoretycznej następuje część doświadczalna pracy, obejmująca w pierwszej kolejności charakterystykę stosowanych w pracy substratów, dalej opis stanowiska badawczego, schemat powadzonych eksperymentów oraz opis stosowanych metod analitycznych i obliczeniowych. W części poświęconej opisowi uzyskanych wyników doświadczalnych Doktorantka przedstawiła wyniki przeprowadzonych procesów współfermentacji metanowej osadów ściekowych oraz serwatki kwaśnej i młóta browarniczego. Przeprowadzone badania doświadczalne zostały podzielone na kilka etapów. W pierwszej kolejności omówiono proces współfermentacji osadów ściekowych i serwatki. W drugim etapie przedstawiono wyniki badań współfermentacji osadów ściekowych z serwatką i młótem browarniczym. Doktorantka poświęciła wiele miejsca omówieniu stabilności płynów pofermentacyjnych, stopnia uwalniania związków biogennych do wód pofermentacyjnych, kinetyce produkcji biogazu oraz wydajności produkcji biogazu i metanu. Dalej przedstawiła bilans energetyczny dla serii badań z najkorzystniejszymi wynikami, zarówno dla procesu współfermentacji dwuskładnikowej jak i trójskładnikowej. Część eksperymentalną pracy kończy jasno i wnikliwie napisane podsumowanie, będące uzupełnieniem informacji przedstawionych w przeglądzie piśmiennictwa i świadczy o umiejętności ostrożnej, krytycznej analizy i interpretacji wyników badań. Najważniejsze osiągnięcia przeprowadzonych badań przedstawione zostały rzeczowo i konkretnie we wnioskach. Pracę zamyka wykaz literatury zawierający głównie pozycje obcojęzyczne. Cytowana literatura w przeważającej części pochodzi z ostatnich 10 lat. Oceniana praca doktorska zawiera bardzo dobrze opracowaną część wstępnąprzeglądową, w której Autorka opisuje dotychczasowy dorobek naukowy w tej dziedzinie, dając wyraz swej doskonałej orientacji w najnowszych osiągnięciach badawczych nad zagospodarowaniem odpadów rolno-spożywczych i osadów ściekowych oraz organicznej frakcji odpadów komunalnych. Rozprawa została napisana poprawnym językiem, charakteryzującym się precyzją w formułowaniu myśli. Szata graficzna pracy jest bez zarzutu, przygotowana w sposób staranny i dokładny. Zastosowane w pracy metody badawcze oparte są na nowoczesnych metodach analitycznych, są właściwie dobrane oraz zastosowane, pozwalają na udowodnienie postawionego celu. Praca wykonana jest poprawnie pod względem metodycznym.
Zasadność podjętej tematyki Powstawanie różnego rodzaju odpadów jest nieodłącznym elementem procesów produkcyjnych. Niektóre z nich są użyteczne i nadają się do dalszego wykorzystania, inne z kolei mogą stanowić poważne zagrożenie dla środowiska naturalnego. Szczególna grupę stanowią tu odpady z sektora rolno-spożywczego, które powstają w dużych ilościach na terenie całego kraju, głównie w gospodarstwach rolnych, ogrodniczych i hodowlanych, cukrowniach, gorzelniach, ubojniach, mleczarniach, chłodniach oraz innych zakładach zajmujących się produkcją i przetwórstwem żywności. Dominują przede wszystkim odpady organiczne pochodzenia zwierzęcego i roślinnego. Odpady te są w bardzo dużym stopniu poddawane procesom odzysku (głównie przeznaczane na pasze lub nawóz), lub też zagospodarowywane poprzez biodegradację w warunkach tlenowych lub beztlenowych. Szczególnie interesującym rozwiązaniem wydaje się wykorzystanie odpadowych substancji organicznych na cele energetyczne z pozyskaniem biogazu w warunkach beztlenowych. Wytwarzany biogaz może być wykorzystywany do produkcji energii elektrycznej i cieplnej oraz jako paliwo samochodowe. Produkcję biogazu w procesie fermentacji metanowej uznaje się jako jeden z najbardziej energooszczędnych i przyjaznych środowisku sposobów produkcji energii. Potencjał energetyczny biogazu zależy głównie od substratów z których został wytworzony. Dlatego też, aby proces produkcji biogazu z substratów odpadowych był wydajny, stosuje się kompleksowe rozwiązania, polegające na łączeniu różnych substratów, tworząc optymalne warunki dla przebiegu procesu fermentacji metanowej. Zaprezentowane przez Doktorantkę badania nawiązują do przedstawionego kierunku i wnoszą istotne elementy o znaczeniu nie tylko naukowym, ale przede wszystkim praktycznym. Podjęcie badań dotyczących określenia wpływu parametrów technologicznych współfermentacji metanowej osadów ściekowych, serwatki kwaśnej i młóta browarniczego na efektywność procesu, uważam zatem za właściwe i zasadne. Walory poznawcze pracy Spośród wielu aspektów pracy, istotnych w zakresie podjętej tematyki, na szczególną uwagę zasługuje wykazanie, że: 1. W wyniku współfermentacji osadów ściekowych i serwatki kwaśnej nie stwierdzono istotnych różnic w wydajności produkcji gazu w przeliczeniu na wprowadzony ładunek suchej masy organicznej w porównaniu do fermentacji jedynie osadów ściekowych. 2. Statystycznie istotny wzrost produkcji biogazu oraz metanu w odniesieniu do wprowadzonego ładunku suchej masy oraz suchej masy organicznej, uzyskano podczas współfermentacji trójskładnikowej mieszaniny osadów ściekowych i serwatki kwaśnej (89:11 v/v) z dodatkiem młóta browarniczego (10:1 m/v) przy HRT wynoszącym 16,7 d.
3. Wzbogacenie osadów ściekowych serwatką kwaśną spowodowało wzrost szybkości produkcji biogazu najwyższy (34%) przy HRT=20 d i w obecności 10% v/v serwatki. Natomiast w mieszaninie trójskładnikowej, uzupełnionej o dodatek młóta browarniczego, wzrost szybkości produkcji biogazu był mniejszy najwyższy (12%) przy HRT- 18d. 4. Analiza składu chemicznego oraz zawartości substancji biogennych odpadów pofermentacyjnych wykazała, że nie nastąpiło pogorszenie jakości odpadów pofermentacyjnych. Uzupełnienie składu mieszaniny o młóto browarnicze spowodowało wzrost stężenia suchej masy oraz suchej masy organicznej w odpadach pofermentacyjnych, ale jakość wód pofermentacyjnych nie uległa pogorszeniu. 5. Zastosowanie współfermentacji dwu- i trójskładnikowej w porównaniu do fermentacji osadów ściekowych pozwoliło na zwiększenie zysków energetycznych, a korzystniejszy bilans energetyczny uzyskano układzie trójskładnikowym. Uwagi Przedstawiona praca jest napisana starannie, a błędy edytorskie, czy niezręczności stylistyczne należą do rzadkości. Na uwagę zasługuje poprawny styl i język polski. Jednakże, podczas czytania rozprawy nasunęły mi się następujące uwagi: 1. Prowadzone procesy współfermentacji w bioreaktorach przebiegały w warunkach odpowiednich dla drobnoustrojów mezofilnych. Czy prowadzone były badania dotyczące odparowania płynu podczas długotrwałych fermentacji? 2. Zastąpiłabym występujący w pracy termin utylizacja (str. 5, 6, 11, 13, 14, 47, 120, 122) na: zużywanie lub wykorzystanie, lub też przetwarzanie. Albowiem termin utylizacja używany jest wyłącznie zgodnie z jego potocznym rozumieniem jako: zniszczenie. W odniesieniu do odpadów: ustawa o odpadach z dnia 27 kwietnia 2001 r. (art. 3 ust. 3 pkt 15) zawiera definicję obróbki tlenowej i beztlenowej odpadów, które ulegają rozkładowi biologicznemu w kontrolowanych warunkach przy wykorzystaniu mikroorganizmów, w wyniku której powstaje materia organiczna lub metan, jako recykling organiczny, który (w myśl definicji z art. 3 ust. 3 pkt 14 ustawy) jest "odmianą" odzysku i polega na powtórnym przetwarzaniu substancji lub materiałów zawartych w odpadach w procesie produkcyjnym w celu uzyskania substancji lub materiału o przeznaczeniu pierwotnym lub o innym przeznaczeniu. Zatem: przetwarzanie odpadów oraz także: zużywanie substratów, substancji organicznych i bez wątpliwości wykorzystanie, przetwarzanie serwatki lub ewentualnie zagospodarowanie serwatki. Tłumaczenie angielskiego terminu utilisation na język polski to: wykorzystanie, użytkowanie, eksploatowanie. 3. Czy w pracy określano gęstość wsadu i gęstość odpadów pofermentacyjnych? 4. W bibliografii brakuje odnośnika literaturowego ze str. 53: Lebiocka, 2013. 5. Str. 21, wiersz 11 od góry jest: w procesie w procesie współfermentacji
Konkluzja końcowa Pani mgr inż. Aleksandra Szaja wykazała niezbędną wiedzę i umiejętności samodzielnego rozwiązywania postawionych przed Nią zadań i problemów naukowych oraz poprawnego wyciągania wniosków. Przedstawione wyżej uwagi mają charakter dyskusyjny lub porządkowy i nie obniżają wysokiej wartości poznawczej, a przede wszystkim aplikacyjnej recenzowanej pracy doktorskiej. Pani mgr inż. Aleksandra Szaja przeprowadziła wnikliwe badania współfermentacji metanowej poparte przekonującą analizą właściwości wieloskładnikowych płynów fermentacyjnych. Na podkreślenie zasługuje duży wkład pracy własnej w badaniach laboratoryjnych. Recenzowana rozprawa posiada wiele elementów nowości naukowej i poszerza naszą wiedzę na temat współfermentacji osadów ściekowych z serwatką kwaśną i młótem browarniczym. Oceniana praca spełnia wymagania stawiane w Ustawie o stopniach i tytułach naukowych (z dnia 14 marca 2003r., Dz.U. 2003 Nr 65 poz. 595 wraz ze zmianami) i zgodnie z Artykułem 11 ustęp 1 ustawy może być przedstawiona jako rozprawa doktorska. Dlatego też przedkładam Wysokiej Radzie wniosek o dopuszczenie Pani mgr inż. Aleksandry Szaja do dalszych etapów przewodu doktorskiego. Prof. dr hab. inż. Liliana Krzystek