Łódź, 27.03.2019 r. Dr. hab. Przemysław Bernat, prof. UŁ Uniwersytet Łódzki Wydział Biologii i Ochrony Środowiska Katedra Mikrobiologii Przemysłowej i Biotechnologii Recenzja rozprawy doktorskiej mgr inż. Olgi Andrzejczak pt. Badania osadu czynnego z zastosowaniem technik cyfrowej analizy obrazu mikroskopowego Pracę doktorską wykonano w Instytucie Technologii Fermentacji i Mikrobiologii Politechniki Łódzkiej pod kierunkiem prof. dr hab. inż. Ewy Liwarskiej-Bizukojć. Technika cyfrowa oferuje coraz doskonalsze narzędzia przetwarzania obrazów i znajduje kolejne zastosowania w wielu dziedzinach nauki. Jednym ze sposobów wykorzystania technik cyfrowej analizy obrazów jest monitorowanie osadu czynnego w oczyszczalniach ścieków. Ponieważ skuteczność oczyszczania ścieków w dużym stopniu zależy od morfologii i składu osadu czynnego, bardzo ważne jest opracowanie szybkich i obiektywnych metod pozwalających ocenić kondycję osadu czynnego. Przedstawiona do recenzji rozprawa doktorska, obejmująca obserwację osadów czynnych pochodzących z różnych oczyszczalni ścieków, dobrze wpisuje się w tematykę badań nad walidacją procedur cyfrowej analizy obrazu. Istotnym elementem ocenianej rozprawy 1
doktorskiej są także badania nad obecnością bakterii nitkowatych w kłaczkach osadu czynnego. Ponieważ bakterie te w sytuacji nadmiernej liczebności wywierają negatywny wpływ na kondycję osadu czynnego ważne jest posiadanie jak najszerszej wiedzy na ich temat. Oceniana rozprawa doktorska, licząca 276 stron jest podzielona na rozdziały w układzie typowym dla prac doświadczalnych: streszczenie (2 strony), abstract podsumowanie napisane w języku angielskim (2 strony), spis często używanych skrótów (6 strony), wstęp (59 strony), cele pracy (1 strona), materiały i metodyka (34 strony), wyniki (104 strony), dyskusja wyników (30 stron), wnioski (2 strony). W pracy umieszczono 63 tabele oraz 109 rysunków i fotografii, a także spis 405 pozycji cytowanego piśmiennictwa (obejmujące ważniejsze prace oryginalne i książki dotyczące dysertacji, w tym ponad 150 pozycji z ostatnich 10 lat). Umieszczona jest także płyta CD zawierająca załączniki. Wstęp jest dobrze przygotowanym rozdziałem pracy doktorskiej. Bardzo obszerny przegląd literatury wprowadza w dziedzinę naukowych zainteresowań Doktorantki. Wstęp został podzielony na podrozdziały, w których Doktorantka charakteryzuje osad czynny i opisuje jego zastosowanie w procesie oczyszczania ścieków. Następnie omawia technologię oczyszczania ścieków osadem czynnym. Kolejne podrozdziały dotyczą charakterystyki ścieków komunalnych i wybranych ścieków przemysłowych. W ostatnich podrozdziałach wstępu Doktorantka zaznajamia czytelnika z zasadami techniki cyfrowej analizy obrazu. Autorka w przejrzysty sposób charakteryzuje główne etapy cyfrowej analizy obrazu, aby następnie skoncentrować się na sposobach użycia tej techniki do badań osadu czynnego. W wyczerpujący sposób Doktorantka opisuje zastosowanie techniki cyfrowej analizy obrazu w systemach oczyszczania ścieków i podaje zależności pomiędzy parametrami operacyjnymi oczyszczalni, a właściwościami osadu czynnego opisanego parametrami techniki cyfrowej analizy obrazu. Należy podkreślić, że Wstęp zawiera 8 rysunków i 11 tabel ułatwiających zaznajomienie z informacjami związanymi z tematyką rozprawy doktorskiej. Nie mam większych uwag krytycznych do tej części rozprawy, która jest napisana bardzo wyczerpująco, w sposób czytelny, jedynie drobne sugestie. Omawiając grzyby mikroskopowe występujące w oczyszczalni ścieków proszę pamiętać, że Ascomycota to typ a nie gatunek (str. 19), należy stosować nazwy skrócone drobnoustrojów, proszę też o uściślenie 2
informacji nt. powstawania piany przy udziale bakterii wytwarzających kwas mykolowy (czy jest to cecha charakterystyczna( str 22)). Nie jest także potrzebne powtarzanie informacji w tekście, skoro jest ona także zaprezentowana w dużej tabeli zbiorczej (tabela 10, przykłady różnorodności zastosowania technik cyfrowej analizy obrazu w naukach biologicznych). Proszę również o zwrócenie uwagi na drobne błędy edytorskie w tekście i spisie literatury (dotyczy to całej pracy). Głównym celem ocenianej pracy doktorskiej była walidacja procedur cyfrowej analizy obrazu dla osadów czynnych pochodzących z różnych oczyszczalni ścieków oraz określenie wpływu parametrów technologicznych na morfologie kłaczków osadu czynnego oraz udział bakterii nitkowatych w osadzie czynnym. Do realizacji postawionego celu, przedstawiono cztery główne etapy badawcze. Zastosowana przez Doktorantkę metodyka została wyczerpująco opisana w kolejnych etapach pracy. Autorka opisuje obiekty badań, oczyszczalnie ścieków komunalnych w Łodzi i Zgierzu oraz oczyszczalnię ścieków włókienniczych w Konstantynowie i oczyszczalnię ścieków mleczarskich w Ksawerowie. Zamieszczone są także informacje o terminach poboru próbek oraz opisany jest laboratoryjny model komór osadu czynnego. W pracy umieszczono opis etapów cyfrowej analizy obrazu mikroskopowego dla pomiaru podstawowych parametrów morfologicznych kłaczków osadu czynnego, określenia udziału bakterii nitkowatych w osadzie czynnym i sumarycznego pomiaru powierzchni kłaczków. Doktorantka przeprowadzała także identyfikacje bakterii nitkowatych metodami klasycznymi. Charakterystyka kolejnych procedur wykonywanych przez Autorkę jest klarowna, natomiast zdjęcia dotyczące procedur 1, 2 i 3 są zbyt małe, ciemne i niewyraźne. Ponieważ uważa się, że stosowanie techniki cyfrowej analizy obrazu jest mniej czasochłonne niż używanie klasycznych metod, czy można prosić o podanie orientacyjnego czasu potrzebnego na analizę próby osadu czynnego. Rozdział "Wyniki" jest najbardziej obszernym rozdziałem rozprawy, podzielonym na podrozdziały opisujące badania przeprowadzane w poszczególnych oczyszczalniach ścieków. Wykonywano badania kształtu i wielkości kłaczków osadu czynnego, oszacowanie ilościowe udziału bakterii nitkowatych oraz wyznaczano parametr field area (sumaryczną powierzchnię 3
kłaczków w osadzie). Badania te przeprowadzano stosując techniki cyfrowej analizy obrazu. Na podstawie otrzymanych wyników oceniano istnienie korelacji pomiędzy wybranymi parametrami technologicznymi oczyszczalni, a parametrami i wskaźnikami cyfrowej analizy obrazów. Dla każdej z oczyszczalni ścieków wykonano również charakterystykę osadu czynnego metodami tradycyjnymi. Powyższa część rozprawy doktorskiej składa się z bardzo wielu rysunków, tabel oraz analizy statystycznej. Zaprezentowane wyniki są szeroko opisywane przez Autorkę, a szczegółowe opisy rysunków i tabel ułatwiają zrozumienie poruszanych zagadnień. Należy podkreślić szeroki zakres prac badawczych wykonywanych przez Doktorantkę, obejmujących badania osadu czynnego w okresach trwających co najmniej 12 miesięcy. W kolejnym rozdziale Autorka dyskutuje swoje wyniki doświadczeń w oparciu o dane literaturowe. Sposób w jaki omówione są uzyskane dane świadczy o dużej wiedzy Doktorantki w zakresie omawianego tematu. Rozprawę doktorską zakończono 11 wnioskami końcowymi, opisującymi efekty realizowanych zadań i weryfikującymi postawiony cel pracy. Atutem niniejszej pracy jest szeroki okres badawczy podjęty przez Doktorantkę, obejmujący przynajmniej rok, i pozwalający na ocenę przydatności stosowanych metod w zmiennych warunkach pracy oczyszczalni. Opracowane metody cyfrowej analizy obrazu mikroskopowego dla pomiaru podstawowych parametrów morfologicznych kłaczków osadu czynnego i sumarycznego pomiaru powierzchni kłaczków okazują się procedurami uniwersalnymi, które można stosować zarówno dla oczyszczalni ścieków komunalnych jak i przemysłowych. Korzystając z zaprojektowanych metod Autorka wykazała, że w badanych oczyszczalniach dominują kłaczki osadu czynnego małe i średnie, a rozkład wielkości kłaczków opisuje model logarytmiczno-normalny. Badając obecność bakterii nitkowatych nie zaobserwowano jednoznacznych zależności pomiędzy ich ilością (wyrażaną czteroma różnymi wskaźnikami), a indeksem objętościowym osadu. Natomiast stwierdzono, że bakterie nitkowate preferowały warunki beztlenowe. Być może zastosowanie technik molekularnych pozwoliłoby na uzyskanie większej ilości danych o 4
bakteriach nitkowatych oraz korelacji pomiędzy składem biocenozy bakteryjnej a funkcjonowaniem osadu czynnego. Uważam także, że warto w pracy wspomnieć o dorobku naukowym Doktorantki, publikacjach naukowych i komunikatach konferencyjnych, przygotowanych na bazie wyników zaprezentowanych w rozprawie doktorskiej. WNIOSEK KOŃCOWY Podsumowując chciałbym podkreślić, że badania przeprowadzone przez mgr inż. Olgę Andrzejczak przyczyniły się do poszerzenia wiedzy z zakresu zastosowania cyfrowej analizy obrazu do badań osadów czynnych pochodzących z oczyszczalni ścieków komunalnych i przemysłowych. Doktorantka zrealizowała cele postawione w pracy. Eksperymenty zostały zaplanowane logicznie. Oryginalne wyniki zostały poddane rozważnej interpretacji. Stwierdzam więc jako recenzent, że praca doktorska mgr inż. Olgi Andrzejczak, zatytułowana Badania osadu czynnego z zastosowaniem technik cyfrowej analizy obrazu mikroskopowego odpowiada warunkom Ustawy o stopniach naukowych i tytule naukowym i spełnia w pełni wymagania stawiane rozprawom doktorskim w dziedzinie nauk technicznych, dyscyplinie biotechnologia. Występuję zatem do Wysokiej Rady Wydziału Biotechnologii i Nauk o Żywności Politechniki Łódzkiej z wnioskiem o dopuszczenie Pani mgr inż. Olgi Andrzejczak do dalszych etapów przewodu doktorskiego. 5