Dr inż. Mariola Rajca Politechnika Śląska w Gliwicach Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki Instytut Inżynierii Wody i Ścieków Zakład Chemii Środowiska i Procesów Membranowych Załącznik 2 AUTOREFERAT 1. Imię i nazwisko.2 2. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe.. 2 3. Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu w jednostkach naukowych.....2 4. Wskazanie i omówienie osiągnięcia naukowego..3 5. Omówienie pozostałych osiągnięć naukowo-badawczych... 11 5.1. Syntetyczne zestawienie dorobku naukowego...14 1 Gliwice, wrzesień 2016
1. Imię i nazwisko Mariola Rajca 2. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe z podaniem nazwy, miejsca i roku ich uzyskania oraz tytułu rozprawy doktorskiej 2002 Inżynier inżynierii i ochrony środowiska Politechnika Śląska w Gliwicach, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, specjalność: technika ochrony środowiska 2004 Magister inżynierii i ochrony środowiska Politechnika Śląska w Gliwicach, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, specjalność: technika ochrony środowiska 2008 Doktor nauk technicznych w zakresie inżynierii środowiska Politechnika Śląska w Gliwicach, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Tytuł pracy: Uzdatnianie wody hybrydową metodą koagulacji i niskociśnieniowej filtracji membranowej Promotor: Prof. dr hab. inż. Krystyna Konieczny Recenzenci: Prof. dr hab. inż. Małgorzata Kabsch-Korbutowicz Dr hab. inż. Waldemar Sawiniak, Prof. nzw. w Pol. Śl. 3. Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu w jednostkach naukowych 01.08.1986 do 30.09.2005 praca na stanowiskach w kolejności: laboranta, technika, starszego technika Politechnika Śląska w Gliwicach Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki Instytut Inżynierii Wody i Ścieków Zakład Chemii Środowiska i Procesów Membranowych 2
01.10.2005 do 30.09.2009 praca na stanowisku asystenta Politechnika Śląska w Gliwicach Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki Instytut Inżynierii Wody i Ścieków Zakład Chemii Środowiska i Procesów Membranowych 01.10.2009 do chwili obecnej praca na stanowisku adiunkta Politechnika Śląska w Gliwicach Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki Instytut Inżynierii Wody i Ścieków Zakład Chemii Środowiska i Procesów Membranowych 4. Wskazanie osiągnięcia naukowego wynikającego z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. nr 65, poz. 595 ze zm.) a) Autor, tytuł osiągnięcia naukowego, rok wydania, nazwa wydawnictwa Rajca M.: Wielofunkcyjne reaktory membranowe zaawansowane metody oczyszczania wód, Gliwice 2016, Monografia nr 616, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, ISBN 978-83-7880-397-3 Recenzenci: Prof. dr hab. inż. Marek Sozański Prof. dr hab. inż. Daniela Szaniawska 3
b) Omówienie celu naukowego ww. pracy i osiągniętych wyników wraz z omówieniem ich ewentualnego wykorzystania w praktyce Wprowadzenie Priorytetową operacją w technologii uzdatniania wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi jest konieczność usunięcia z niej wszystkich niebezpiecznych dla zdrowia zanieczyszczeń oraz zabezpieczenia jej przed wtórnym skażeniem. Potencjalnym zagrożeniem są naturalne substancje organiczne występujące we wszystkich wodach powierzchniowych. Poziom stężeń naturalnych substancji organicznych (substancji humusowych) w wodach powierzchniowych wynosi od kilku do kilkudziesięciu gc/m 3 w zależności od rodzaju wody i wielu czynników środowiskowych (klimat, warunki hydrologiczne) [6, 25]. Ze względu na to, że substancje humusowe są prekursorami ubocznych produktów dezynfekcji wody i wchodzą w reakcje z wieloma zanieczyszczeniami antropogenicznymi, ich usuwanie w procesie uzdatniania wody do celów spożycia przez ludzi jest bezdyskusyjne. Coraz wyższe ich stężenie w ujmowanych wodach powoduje, że powszechnie stosowane w technologii oczyszczania wód procesy, takie jak koagulacja, sedymentacja i filtracja, często są mało skuteczne. Z tego względu do ciągu technologicznego oczyszczania wód wprowadza się dodatkowe procesy poprawiające efektywność usuwania zanieczyszczeń, takie jak: adsorpcja na węglu aktywnym i/lub utlenianie wstępne oraz końcowe w procesie ozonowania, co prowadzi do bardzo rozbudowanych technologii oczyszczania wód. Ujmowanie i oczyszczanie wód o zróżnicowanym stopniu zanieczyszczenia, w których często dochodzi do sezonowego wzrostu ładunku zanieczyszczeń, w tym naturalnych substancji organicznych, jak również rosnące wymagania stawiane wodzie przeznaczonej do spożycia, stymulują do modernizacji istniejących urządzeń technicznych na stacjach uzdatniania wód oraz do rozwoju i wprowadzania zaawansowanych technologii oczyszczania wód, wśród których wymienia się procesy utleniania (heterogeniczne, homogeniczne), wymiany jonowej z wykorzystaniem technologii MIEX DOC oraz filtracji membranowej (mikrofiltracja, ultrafiltracja, nanofiltracja, odwrócona osmoza) [4-6]. Technicznie obiecującym rozwiązaniem są hybrydowe reaktory membranowe. Koncepcja pracy tych urządzeń polega na połączeniu procesów fotoutleniania (fotokatalizy) z różnymi procesami membranowymi. Do najczęściej stosowanych technik membranowych zalicza się proces mikrofiltracji, ultrafiltracji i nanofiltracji [5], a ich wybór zależy od składu wód i wymogów, jakie stawiane są wodzie oczyszczonej. Zastosowanie fotokatalitycznych 4
reaktorów membranowych do usuwania naturalnej materii organicznej z różnych wód oraz innych zanieczyszczeń zwróciło uwagę i zainteresowanie wielu naukowców [2, 3, 7-10, 14-16, 18, 19, 26-31, 32], a jedną z pierwszych prac przedstawił Lee i inni [24] dotyczyła ona usuwania NOM w fotokatalitycznym reaktorze membranowym z wody przeznaczonej do picia. Badania skoncentrowane były na systemie pracującym w trybie okresowym, a uwagę zwrócono głównie na zanieczyszczanie membrany przez cząstki ditlenku tytanu i kwasów humusowych przy różnych prędkościach przepływu cieczy nad membraną (układ cross-flow). Ważnym czynnikiem w warunkach rzeczywistych w aspekcie oczyszczania wód powierzchniowych jest wpływ innych komponentów naturalnych zanieczyszczeń organicznych na efektywność pracy fotokatalitycznego reaktora membranowego. Przegląd literatury w tym temacie wskazuje, że zbyt mało jest badań na temat usuwania NOM w fotokatalitycznym reaktorze membranowym pracującym w systemie ciągłym, a te, które zostały przedstawione, prowadzono w zbyt krótkim czasie i zazwyczaj tylko dla jednego komponentu naturalnych substancji organicznych (np. kwasów humusowych), co jest niewystarczające, by wyniki odnieść do warunków rzeczywistych. Inną interesującą konfiguracją zaawansowanych procesów oczyszczania wody, braną pod uwagę przy rozważaniu usuwania przede wszystkim naturalnych substancji organicznych, ale również jonów nieorganicznych, jest system wymiany jonowej przy użyciu wysokoefektywnej żywicy MIEX połączony z technikami membranowymi. Wówczas nie ma potrzeby prowadzenia sedymentacji żywicy w celu jej oddzielenia od czystej wody, ponieważ membrana gwarantuje ten etap procesu. W literaturze naukowej można znaleźć wiele prac na temat zintegrowanych procesów MIEX DOC filtracja membranowa [1, 11, 12, 17, 20-23]. Proces wymiany jonowej najczęściej łączony jest z mikrofiltracją i ultrafiltracją, ale również proponuje się zastosowanie nanofiltracji. Przedstawione prace dotyczą w wielu przypadkach badań prowadzonych w cyklach szarżowych, natomiast wieloletnie badania prowadzone w cyklach ciągłych, w skali pilotowej [13] wymagają bardziej szczegółowego konfigurowania układu MIEX DOC filtracja membranowa, gdyż stwierdzono, że drobne frakcje żywicy mogą blokować membrany mikrofiltracyjne. Omówienie celu naukowego Podstawowym celem badań przedstawionych w monografii było Opracowanie metody oczyszczania wody, która zagwarantuje wysoką jakość otrzymanego produktu, spełniającą warunki określone w Rozporządzeniu [31] dla wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi. 5
Zaproponowanie nowoczesnego rozwiązania technicznego urządzeń do oczyszczania wody wielofunkcyjnego reaktora membranowego umożliwiającego elastyczne sterowanie jednostkowymi procesami technologicznymi podczas zmian jakości wody surowej (powodzie i in.) i dodatkowo zajmującego mniejszą powierzchnię w porównaniu z dotychczas stosowanymi instalacjami w zakładach uzdatniania wody. Sformułowanie celu pracy poprzedziły studia literaturowe dotyczące zagadnień naukowych obejmujących powyższą tematykę, co doprowadziło do postawienia tezy pracy, że zastosowanie dwóch innowacyjnych technologii oczyszczania wód: po pierwsze fotokatalizy, którą zalicza się do tzw. Zaawansowanych Procesów Utleniania (ZPU), a po drugie wymiany jonowej MIEX DOC w połączeniu z metodami membranowymi, pozwolą bardzo efektywnie usuwać zanieczyszczenia (anionowe substancje organiczne i nieorganiczne) i równocześnie chronić wodę przed ubocznymi produktami dezynfekcji (UPD). Przeprowadzono wiele badań, które obejmowały następujące etapy: 1. Badanie wpływu wybranych parametrów na efektywność usuwania zanieczyszczeń wód, takich jak naturalne substancje organiczne i wybrane zanieczyszczenia nieorganiczne, w warunkach szarżowych (porcjowych) określenie najkorzystniejszych warunków. 2. Zaprojektowanie i skonstruowanie wielofunkcyjnego reaktora membranowego badanie efektywności oczyszczania roztworów modelowych i wód naturalnych w warunkach przepływowych. 3. Charakterystykę naturalnych substancji organicznych (NSO) występujących w badanych wodach surowych i oczyszczonych pod kątem rozkładu mas cząsteczkowych. 4. Analizę skuteczności badanych procesów w usuwaniu prekursorów ubocznych produktów dezynfekcji określenie reaktywności NSO w badanych próbkach wód surowych i oczyszczonych poprzez wyznaczenie potencjału tworzenia ubocznych produktów z grupy THM. Omówienie osiągniętych wyników i wskazanie możliwości ich wykorzystania w praktyce W pierwszym etapie badań określono wpływ wybranych czynników na efektywność usuwania zanieczyszczeń z wód (naturalne substancje organiczne i wybrane zanieczyszczenia nieorganiczne) w warunkach szarżowych w tym etapie badań określono najkorzystniejsze warunki oczyszczania wód. Scharakteryzowano również pod względem składu chemicznego wybrane sorbenty użyte w procesach oczyszczania wód, takie jak ditlenek tytanu (P25) 6
w procesie fotokatalizy oraz żywicę MIEX w procesie wymiany jonowej. Analizę wykonano metodą SEM-EDS przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego i spektrometru dyspersji energii promieniowania rentgenowskiego. W drugim etapie badań zaprojektowano i skonstruowano wielofunkcyjny reaktor membranowy, a następnie testowano urządzenie pod kątem efektywności oczyszczania różnych wód w warunkach przepływowych. W ostatnim etapie badań przeprowadzono charakterystykę właściwości naturalnych substancji organicznych występujących w wodach powierzchniowych. Charakterystyka obejmowała analizę rozkładu mas cząsteczkowych badanych związków organicznych w wodach surowych i oczyszczonych metodą wysokosprawnej chromatografii wykluczania (HP-SEC) oraz określono reaktywność tych związków jako potencjalnych prekursorów ubocznych produktów dezynfekcji wody metodą testu do badania potencjału tworzenia ubocznych produktów z grupy THM-ów w wodach surowych i oczyszczonych. Przedmiotem badań były roztwory modelowe, zawierające kwasy fulwowe albo humusowe, lub ich mieszanina z dodatkiem jonów nieorganicznych (bromków, azotanów, fluorków) oraz wody powierzchniowe pobrane z dwóch zakładów uzdatniania wody: ZUW Goczałkowice i ZUW Kozłowa Góra, różniące się stężeniem rozpuszczonego węgla organicznego. W procesie filtracji membranowej testowano dwa ultrafiltracyjne moduły kapilarne (ZW1 i MTB), zanurzeniowe, pracujące w podciśnieniu i różniące się wielkością porów membran (cut-off) oraz mikrofiltracyjny moduł kapilarny (Microza) pracujący w systemie cross-flow. Stwierdzono, że skuteczność usuwania naturalnych substancji organicznych zależała od rodzaju i stężenia komponentów naturalnych substancji organicznych oraz od rodzaju modułu membranowego użytego w reaktorze, zaś efektywność zastosowanych układów hybrydowych kształtowała się na podobnym poziomie. Najlepszym rozwiązaniem okazały się moduły zanurzeniowe, które skutecznie zatrzymywały cząstki katalizatora i żywicy MIEX w środowisku reakcji, oddzielając je od czystej wody. Straty adsorbentów, jakie występowały w przypadku modułu znajdującego się na zewnątrz reaktora (Microza), zmniejszały jego atrakcyjność i praktyczność w zastosowaniu do ciągłej eksploatacji w reaktorze membranowym. Wykazano, że zastosowane układy hybrydowe, tj. fotokataliza-ultrafiltracja i proces MIEX DOC-ultrafiltracja, mogą być prowadzone w sposób ciągły przez wiele godzin pracy reaktora z wysoką skutecznością usuwania naturalnych substancji organicznych i stałą wydajnością. Zastosowany cykl płukania wstecznego pozwolił na utrzymanie stałej wydajności membrany, przy którym nie zaobserwowano niekorzystnego zjawiska foulingu, obniżającego objętościowy strumień permeatu. 7
Wielofunkcyjny reaktor membranowy w dwóch zastosowanych konfiguracjach układów hybrydowych (fotokataliza-ultrafiltracja i MIEX DOC-ultrafiltracja) może wspomagać klasyczny proces koagulacji. Zaobserwowano, że końcowa efektywność usuwania naturalnych zanieczyszczeń organicznych kształtowała się na podobnym poziomie niezależnie od miejsca zastosowania wielofunkcyjnego reaktora membranowego i układu hybrydowego (przed/po procesie koagulacji). Badane układy hybrydowe były skuteczne w usuwaniu związków o strukturach aromatycznych, na co wskazywało znaczne obniżenie parametru SUVA, zaś żywica MIEX zdolna była do usuwania anionów nieorganicznych z wody, przy czym w mieszaninie z anionowymi formami rozpuszczonego węgla organicznego konkurencyjność o miejsca aktywne na żywicy powodowała, że usuwanie było zgodne z szeregiem: anionowe formy substancji organicznych>aniony nieorganiczne. Rozkład mas cząsteczkowych naturalnych substancji organicznych wykazywał odmienną transformację tych związków w zastosowanych układach hybrydowych. Zaawansowany proces fotokatalizy wpływał na przemiany właściwości i degradację związków organicznych do cząstek o mniejszych rozmiarach, zaś w procesie wymiany jonowej występowała wymiana i adsorpcja zanieczyszczeń na ziarnach żywicy anionowymiennej bez zmiany ich właściwości. Potencjał tworzenia THM-ów był największy dla kwasów humusowych, natomiast proces fotokatalizy w większym stopniu obniżał reaktywność prekursorów tworzenia ubocznych produktów dezynfekcji wody. Badania omawiające charakterystykę naturalnych substancji organicznych pod względem mas cząsteczkowych i ich reaktywność pozwoliły na stwierdzenie, że te cechy mogą istotnie warunkować wybór metody oczyszczania wód. Dlatego przed przystąpieniem do opracowania technologii oczyszczania wody ważnym zabiegiem jest scharakteryzowanie właściwości zanieczyszczeń występujących w wodach, które mają być poddane procesowi oczyszczania. Badania nad zastosowaniem przedstawionych w monografii układów hybrydowych były rozważane w wielu pracach naukowych [1-3, 7-12, 14-23, 26-31, 33]. Jednak zastosowanie tego samego urządzenia w odniesieniu do dwóch odmiennych układów hybrydowych, łączących zaawansowane procesy oczyszczania wód, a mianowicie fotokataliza- ultrafiltracja lub proces MIEX DOC-ultrafiltracja z modułem kapilarnym zanurzeniowym, nie było dotąd opisywane przez innych autorów. Dodatkowe rozważania na temat wpływu wybranych zaawansowanych procesów oczyszczania wody na rozkład mas cząsteczkowych badanych komponentów naturalnych substancji humusowych (kwasy fulwowe i humusowe) i związków organicznych w wodach naturalnych, jak również badania wpływu wybranych metod 8
oczyszczania na reaktywność prekursorów ubocznych produktów dezynfekcji są zagadnieniem nie do końca poznanym, a istotnie warunkującym wybór metody oczyszczania wód. Przeprowadzone długoterminowe badania oczyszczania naturalnych wód powierzchniowych pobranych z aktualnie funkcjonujących zakładów ich uzdatniania, należących do Górnośląskiego Przedsiębiorstwa Wodociągowego, potwierdziły wysoką efektywność pracy wielofunkcyjnego reaktora membranowego. Zastosowany proces fotokatalizy, należący do wysoko zaawansowanych metod utleniania związków organicznych, jest technologią o dużym potencjale, przyjazną dla środowiska i przestrzegającą zasady zrównoważonego rozwoju, ze względu na brak strumienia odpadowego i przenoszenia zanieczyszczeń do innej fazy, jak to ma miejsce w klasycznych metodach oczyszczania wód (np. koagulacji). Ponadto, w pracy przedstawiono również przydatność hybrydowego rektora pracującego w układzie wymiana jonowa MIEX DOC - mikro lub ultrafiltracja, wykazując jego wielofunkcyjność. Może on też być wykorzystywany w wielu innych konfiguracjach oczyszczania wód z zastosowaniem innych procesów jednostkowych. Biorąc powyższe pod uwagę, można stwierdzić, że przedstawione osiągnięcie naukowe cieszy się zainteresowaniem wśród polskich i zagranicznych naukowców i wiele wnosi w rozwój nauki w kraju i na świecie, co potwierdzają opublikowane prace własne w prestiżowych czasopismach z listy filadelfijskiej. Literatura 1. Apell J.N., Boyer T.H.: Combined ion exchange treatment for removal of dissolved organic matter and hardness. Water Research, No. 44, 2010, p. 2419-2430. 2. Bai H., Zhang X., Pan J., Sun D.D., Shao J.: Combination of nano TiO 2 photocatalytic oxidation with microfiltration MF for natural organic matter removal. Water Science Technology. Water Supply,No.9(1), 2009,p.31-37. 3. Benotti M.J., Stanford B.D., Wert E.C., Snyder S.A.: Evaluation of a photocatalytic reactor membrane pilot system for the removal of pharmaceuticals and endocrine disrupting compounds from water. Water Research, No. 43, 2009, p. 1513-1522. 4. Bodzek M., Konieczny K.: Wykorzystanie procesów membranowych w uzdatnianiu wody. Oficyna Wydawnicza Projprzem-Eko, Bydgoszcz 2005. 5. Bodzek M., Rajca M.: Fotokataliza w oczyszczaniu i dezynfekcji wody. Część II. Usuwanie metali i naturalnych substancji organicznych. Technologia wody, nr 11(31), 2013, s. 18-30. 6. Bodzek M., Rajca M.: Photocatalysis in the treatment and disinfection of water. Part I. Theoretical backgrounds. Ecological Chemistry and Engineering (S), No. 19 (4), 2012, p. 489-512. 7. Chen X., Deng H.: Removal of humic acids from water by hybrid titanium-based electrocoagulation with ultrafiltration membrane processes. Desalination, No. 300, 2012, p. 51-57. 8. Chisti Y., Mooyoung M.: Improve the performance of airlift reactors. Chemical Engineering Progress, No. 89(6), 1993, p. 38-45. 9. China S.S., Lima T.M., Chiang K., Fane A.G.: Hybrid low-pressure submerged membrane photoreactor for the removal of bisphenol A. Desalination, No. 202, 2007, p. 253-261. 10. Choo K.W., Tao R.,. Kim M.-J.: Use of photocatalytic membrane reactor for the removal of natural organic matter in water: effect of photoinduced desorption and ferrihydrite adsorption. Journal Membrane Science, No. 322, 2008, p. 368-374. 9
11. Comstock S., Boyer T., Graf K.: Treatment of nanofiltration and reverse osmosis concentrates: comparison of precipitative softening, coagulation and anion exchange. Water Research, No. 45, 2011, p. 4855-4865. 12. Drikas M., Dixon M., Morran J.: Long term case study of miex pre-treatment in drinking water; understanding NOM removal. Water Research, No. 45, 2011, p. 1539-1548. 13. Fabris R., Denman J., Braun K., Ho L., Drikas M.: Surface analysis of pilot distribution system pipe autopsies: the relationship of organic and inorganic deposits to input water quality. Water Research, No. 87, 2015, p. 202-210. 14. Fu J., Ji M., Wang Z., Jin L., An D.: A new submerged membrane photocatalysis reactor (SMPR) for fulvic acid removal using a nano-structured photocatalyst. Journal Hazardous Material, No. 131, 2006, p. 238-242. 15. Fu J., Ji M., Zhao Y., Wang L.: Kinetics of aqueous photocatalytic oxidation of fulvic acids in a photocatalysis ultrafiltration reactor (PUR). Separation and Purification Techology, No. 50, 2006, p. 107-113. 16. Grzechulska-Damszel J., Orecki A., Mozia S., Tomaszewska M., Morawski A.W.: Możliwości i perspektywy oczyszczania wody i ścieków w układzie fotokataliza/procesy membranowe. Przemysł Chemiczny, nr 85, 2006, s. 1011-1015. 17. Hsu S., Singer P.C.: Removal of bromide and natural organic matter by anion exchange. Water Research, No. 44, 2010, p. 2133-2140. 18. Jung J.-T., Kim J.-O.: Performance of a photocatalytic hybrid system coupled with a stainless steel membrane for removal of humic acid. Research Chemical Intermed, No. 35, 2009, p. 249-255. 19. Jung J.T., Kim J.O., Choi W.Y.: Performance of photocatalytic microfiltration with hollow fiber membrane. Material Science Forum, No. 544, 2007, p. 95-98. 20. Kabsch-Korbutowicz M., Majewska-Nowak K., Winnicki T.: Water treatment using MIEX DOC/ultrafiltration process. Desalination, No. 221, 2008, p. 338-344. 21. Kabsch-Korbutowicz M., Majewska-Nowak K.: Zastosowanie zintegrowanych procesów membranowych do usuwania substancji organicznych z wody. Ochrona Środowiska, nr 32(3), 2010, s. 27-32. 22. Kabsch-Korbutowicz M.: Zaawansowane metody usuwania naturalnych substancji organicznych z wody. Monografia Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, nr 92, Lublin 2012. 23. Kaewsuk J., Seo G.T.: Verification of NOM removal in MIEX-NF system for advanced water treatment. Separation and Purification Technology, No. 1, 2011, s.11-19. 24. Lee S-A., Choo K-H., Lee C-H., Lee H-I., Hyeon T., Choi W., Kwon H-H.: Use of ultrafiltration membranes for the separation of TiO 2 photocatalysts in drinking water treatment. Industrial and Engineering Chemistry Research, No. 40, 2001, p. 1712-1719. 25. Matilainen A., Sillanpää M.: Removal natural organic matter from drinking water by advanced oxidation processes. Chemosphere, No. 80, 2010, p. 351-365. 26. Molinari R., Grande C., Drioli E., Palmisano L., Schiavello M.: Photocatalytic membrane reactors for degradation of organic pollutants in water. Catalyst Today, No. 67, 2001, p. 273-279. 27. Molinari R., Pirillo F., Falco M., Loddo V., Palmisano L.: Photocatalytic degradation of dyes by using a membrane reactor. Chemical Engineering Proc., No. 43, 2004, p. 1103-1114. 28. Montazerozohori M., Nasr-Esfahani M., Joohari S.: Photocatalytic degradation of an organic dye in some aqueous buffer solutions using nano titanium dioxide: a kinetics study. Environmental Protection Engineering, No. 38(3), 2012, p. 46-55. 29. Motheo A.J., Pinhedo L.: Electrochemical degradation of humic acid. Science of the Total Environment, No. 256, 2000, p. 67-76. 30. Mozia S.: Photocatalytic membrane reactors (PMRS) in water and wastewater treatment. A review. Separation and Purification Technology, No. 73, 2010, p. 71-91. 31. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dn. 13 listopada 2015 r. w sprawie jakości wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi, Dz.U. 2015, poz. 1989. 32. Zheng X., Wang Q., Chen L., Wang J., Cheng R.: Photocatalytic membrane reactor (PMR) for virus removal in water: performance and mechanisms. Chemistry Engineering Journal, No. 277, 2015, p. 124-129. 10
5. Omówienie pozostałych osiągnięć naukowo-badawczych Przed uzyskaniem stopnia doktora Pracę naukowo-badawczą rozpoczęłam pracując na etacie technicznym w laboratorium chemicznym na Wydziale Inżynierii Środowiska i Energetyki Politechniki Śląskiej. Tematyka podjęta przeze mnie w ramach pracy inżynierskiej dotyczyła testowania polskich membran ceramicznych wytwarzanych w Instytucie Materiałów Ogniotrwałych w Gliwicach do praktycznego zastosowania w usuwaniu zanieczyszczeń z wód. Wyniki tych doświadczeń zaprezentowano w pracy wykazanej w Załączniku 3 w pkt II F poz. 1. W kolejnym etapie pracy naukowo-badawczej w ramach pracy magisterskiej moje doświadczenia skupiały się na usuwaniu mikrozanieczyszczeń (związków estrogennych) z wód przy użyciu procesów membranowych. Wyniki badań opublikowane zostały w 2 publikacjach (Załącznik 3, pkt II E rozdziały w monografiach poz. 1 i 2) Obszerną część moich publikacji przed doktoratem stanowią prace o tematyce, podjętej w ramach doktoratu. Dotyczyła ona problemów związanych z eksploatacją modułów membranowych (mikrofiltracynych i ultrafiltracyjnych), a mianowicie występowania niekorzystnego zjawiska foulingu. Badania obejmowały wykonanie obliczeń dotyczących modelowania wydajności procesu jednostkowego mikrofiltracji i ultrafiltracji oraz układu zintegrowanego/hybrydowego, łączącego koagulację i mikrofiltrację lub ultrafiltrację. Do tego celu wykorzystano: - Model filtracji membranowej w procesie niestacjonarnym oraz - Model hydrauliczny oporów filtracji. Podjęto również próbę określenia mechanizmów zjawiska foulingu wykorzystując do tego celu model Hermii. Wykonane badania pozwoliły na stwierdzenie, że układy zintegrowane/ hybrydowe przedłużają żywotność membran, a przeprowadzona analiza w oparciu o modele matematyczne pozwoliła na prognozowanie wydajności membran mikrofiltracyjnych i ultrafiltracyjnych. Stwierdzono, że mechanizm zjawiska foulingu ma charakter mieszany, a dominującym mechanizmem jest filtracja plackowa. Wyniki badań przeprowadzone w tym okresie zostały opublikowane w 14 publikacjach, w tym 1 publikacja w czasopiśmie z IF (Załącznik 3 pkt II A poz.1), 5 publikacji w czasopismach bez IF (Załącznik 3, pkt II E poz. 1-5) oraz 8 publikacji jako rozdział w monografiach (Załącznik 3 II E poz. 3-10). 11
Po uzyskaniu stopnia doktora Po uzyskaniu stopnia doktora (2008 r.) opublikowałam jeszcze 3 prace w czasopismach znajdujących się w bazie JCR (Załącznik 3 II A poz. 1-3), 1 artykuł w czasopiśmie bez IF (Załącznik 3 pkt II E poz. 2) oraz 1 pracę jako rozdział w monografii (Załącznik 3 pkt II E poz. 1) związane ściśle z tematyką podjętą w doktoracie. Krótko po uzyskaniu stopnia doktora nauk technicznych moje zainteresowanie skierowałam w stronę zaawansowanych metod uzdatniania wody, a konkretnie w procesie fotokatalizy i wymiany jonowej przy użyciu technologii MIEX DOC, łączonych z procesami membranowymi. Przed przystąpieniem do badań doświadczalnych związanych z tą tematyką wspólnie z profesorem Michałem Bodzkiem przeprowadziłam obszerne studia literaturowe na temat zastosowania procesu fotokatalizy do oczyszczania i dezynfekcji wody oraz oczyszczania ścieków. Na tym etapie powstał cykl 5 publikacji o charakterze przeglądu literaturowego, z czego 4 prace napisane były w języku polskim i opublikowane w czasopiśmie Technologia wody (Załącznik 3, pkt II E poz. 7, 18, 19, 21), natomiast 1 praca w języku angielskim opublikowana w czasopiśmie z listy filadelfijskiej (Załącznik 3, pkt II A poz. 6). Prace podzielono na następujące cykle tematyczne: - Fotokataliza w oczyszczaniu i dezynfekcji wody. Cz. 1, Podstawy teoretyczne, - Fotokataliza w oczyszczaniu i dezynfekcji wody. Cz. 2, Usuwanie metali i naturalnych substancji organicznych, - Fotokataliza w oczyszczaniu i dezynfekcji wody. Cz. 3, Zastosowanie w dezynfekcji wody i ścieków, - Fotokataliza w oczyszczaniu i dezynfekcji wody. Cz. 4, Zastosowanie w odnowie wody. Prace doświadczalne dotyczące fotoutleniania czy technologii MIE DOC prowadziłam głównie w zastosowaniu do usuwania naturalnych substancji organicznych z wód. Badałam wpływ różnych czynników na efektywność tych procesów, a wyniki badań opublikowałam w licznych publikacjach wykazanych w Załączniku 3 (pkt. II A poz. 4-12, II E artykuły w czasopismach poz. 1, 3-5, 9-17, II E rozdziały w monografiach poz. 2-7, II F materiały konferencyjne poz. 1, 2). Przeprowadziłam obszerne badania kinetyki rozkładu naturalnych substancji organicznych w procesie fotokatalizy (Załącznik 3, pkt. II A poz. 4, 8, 10), natomiast 12
w pracy (II A poz. 4) przedstawiłam model matematyczny degradacji kwasów fulwowych, który może posłużyć do prognozowania zmian zawartości rozpuszczonego węgla organicznego w wodzie w różnych warunkach prowadzenia procesu fotokatalizy. Do ważnych osiągnięć zaliczam przeprowadzenie wspólnie z dr hab. inż. Agnieszką Włodyką-Bergier z AGH badań wpływu zaawansowanych procesów (fotokatalizy, MIEX DOC) na usuwanie prekursorów tworzenia ubocznych produktów dezynfekcji (mierzonych jako potencjał tworzenia ubocznych produktów). Analizowano nie tylko związki z grupy THM, ale również związki z grupy HAA, HAN, HK, CH oraz HNM. Efektem tej współpracy była publikacja wykazana w Załączniku 3 w pkt. II A poz. 9. Brałam udział w pracach eksperymentalnych dotyczących fotokatalitycznego utleniania mikrozanieczyszczeń (zearalenonu). Badano wpływ kwasów humusowych na efektywność utleniania zearalenonu i stwierdzono, że ich obecność zdecydowanie obniża skuteczność usuwania tego związku. Wyniki tych badań zostały opublikowane w 1 pracy (Załącznik 3, pkt. II E poz. 8). Kolejnym moim obiektem zainteresowań była analiza wpływu zanieczyszczeń środowiska na jakość wód w wiejskich rejonach województwa śląskiego. Wykonanie podstawowych analiz fizykochemicznych rzeczywistych próbek środowiskowych pozwoliło ocenić stan czystości wód w rowach melioracyjnych przed rozruchem kanalizacji sanitarnej w Gminie Gierałtowice województwa śląskiego. Badano zanieczyszczenia z grupy szczególnie niebezpiecznych tj.: metale ciężkie, substancje biogenne i inne. Stwierdzono liczne przekroczenia norm zanieczyszczeń, a wartości badanych wskaźników w próbkach wód pobranych w wybranych dniach tygodnia cechowała duża zmienność. Wyniki powyższych badań i analiz zostały opublikowane w pracy wymienionej w Załączniku 3 w pkt II E poz. 20. W ostatnim okresie prowadzę badania we współpracy z dr hab. inż. Barbarą Tomaszewską z AGH z Krakowa poświęcone uzdatnianiu wód termalnych przy użyciu wysokociśnieniowych procesów membranowych. Nasza współpraca opiera się na realizacji wspólnego projektu konsorcjum o wspomnianej tematyce badawczej. Efektem tej współpracy była publikacja wymieniona w Załączniku 3, pkt. II A poz. 13. Obiektem naszych badań były również wody lecznicze. Prace badawcze zmierzały w kierunku określenia możliwości obniżenia zawartości jonów siarczanowych w wodach leczniczych, w stopniu umożliwiającym poprawę walorów smakowych wody. 13
5.2. Syntetyczne zestawienie dorobku naukowego Mój dorobek naukowy (zaprezentowany szczegółowo w Załączniku 3) obejmuje 68 publikacji/prac (w tym 50 publikacji/prac po doktoracie): - 14 artykułów w czasopismach z bazy JCR z IF (w tym 13 artykułów po doktoracie), - 28 artykułów w czasopismach bez IF (w tym 23 artykuły po doktoracie), - 17 rozdziałów w monografiach (w tym 6 rozdziałów w j. polskim i 1 rozdział w j. angielskim po doktoracie), - 1 monografia habilitacyjna, - 1 podręcznik (po doktoracie), - 4 artykuły w recenzowanych materiałach konferencyjnych i suplementach (w tym 2 po doktoracie), - 1 artykuł w recenzowanych materiałach z konferencji międzynarodowej, uwzględnionej w Web of Science (po doktoracie), - 2 artykuły popularno-naukowe (po doktoracie). Posiadam 23 publikacje/prace jednoautorskie (w tym 5 publikacji z bazy JCR z IF). Analiza bibliometryczna moich publikacji wykazuje: - Sumaryczna liczba punktów MNiSW (zgodna z rokiem publikacji): 528 (w tym 446 po doktoracie z uwzględnieniem monografii habilitacyjnej) - Sumaryczny Impact Factor (zgodny z rokiem publikacji): 24,138 (w tym 23,221 po doktoracie) - Liczba cytowań według bazy Web of Science (z pominięciem autocytowań): 71 * - Indeks Hirscha według bazy Web of Science: 5 * baza Web of Science ponadto zawiera 33 cytowania publikacji: /Konieczny K., Sąkol D., Rajca M., Płonka J., Bodzek M., Coagulation-ultrafiltration system for river water treatment, Desalination, 2009, 240, 1/3, 151-159/, które nie zostały doliczone w bazie WoS (Raport cytowań) do odpowiednich rekordów w wyniku błędnie zaindeksowanego nazwiska Konieczny jako Konleczny. Błąd zgłoszono firmie Thomson Reuters 22 września 2016 r. 14