Szczecin, 05.09.2016
Prof. dr hab. inż. Daniela Szaniawska Akademia Morska w Szczecinie
Wydział Inżynieryjno-Ekonomiczny Transportu Instytut Inżynierii Transportu
ul. H. Pobożnego 11, 70-507 Szczecin tel.: 91 4809656
e-mail :d. szaniawska@am. szczecin.pl
Ocena
rozprawy doktorskiej mgr inż. Edyty Kudlek
pt.: Układ sekwencyjny fotokataliza - ciśnieniowa filtracja membranowa w pogłębionym oczyszczaniu odpływów z oczyszczalni komunalnych zawierających
związki aktywne farmaceutycznie
Podstawa formalna opracowania oceny
Podstawą formalną opracowania oceny rozprawy doktorskiej mgr inż. Edyty Kudlek jest uchwała Rady Wydziału Inżynierii Środowiska i Energetyki, Politechniki Śląskiej z dnia 08.07.2016.
Ogólna charakterystyka rozprawy doktorskiej
R o s n ą c e z u ż y c ie fa rm a c e u ty k ó w p o w o d u je c ią g ły w z ro s t z a w a rto ś c i ty c h z w ią z k ó w i ic h m e ta b o litó w w ś ro d o w is k u w o d n y m co z k o le i p rz e k ła d a się n a k o n ie c z n o ś ć ic h s k u te c z n e g o u s u w a n ia i p o s z u k iw a n ia n o w y c h z a a w a n s o w a n y c h m e to d d o c z y s z c z a n ia ś c ie k ó w w c e lu s p e łn ie n ia c o ra z b a rd z ie j ry g o r y s ty c z n y c h w y m a g a ń o c h ro n y ś ro d o w is k a . W z w ią z k u z ty m te m a t p o d ję ty c h b a d a ń je s t a k tu a ln y i u z a s a d n io n y .
W p r z e d s ta w io n e j do o c e n y p ra c y d o k to rs k ie j z ło ż o n e j z 173 s tro n m a s z y n o p is u p rz e d s ta w io n e z o s ta ły s y n te ty c z n ie z a g a d n ie n ia z w ią z a n e z p o s ta w io n y m do ro z w ią z a n ia w ty tu le i c e lu p ra c y p ro b le m e m n a u k o w y m . P ra c a j e s t z ilu s tr o w a n a 35 ta b e la m i i 59 ry s u n k a m i. B ib lio g r a f ia o b e jm u je 291 p o z y c ji, w ty m je d n a p u b lik a c ja w ła s n a ( p o z . 2 8 2 ).
D y s e r ta c ja n a p is a n a j e s t w g k la s y c z n e g o u k ła d u , p o p ra w n ie s ty lis ty c z n ie z z a s to s o w a n ie m p r o f e s jo n a ln e g o ję z y k a . S k ła d a się z d w ó c h g łó w n y c h c z ę ś c i: lite r a tu r o w e j i b a d a w c z e j. W c z ę ś c i lite r a tu r o w e j p ra c y , w d w ó c h ro z d z ia ła c h (3 i 4) A u to rk a p r z e d s ta w iła a n a liz ę z a g a d n ie ń d o ty c z ą c y c h te m a ty k i p ra c y , w ty m w y b ra n e m e to d y u s u w a n ia m ik r o z a n ie c z y s z c z e ń f a rm a c e u ty c z n y c h ze ś ro d o w is k a w o d n e g o , z p o d z ia łe m n a k o n w e n c jo n a ln e i z a a w a n s o w a n e . W c z ę ś c i b a d a w c z e j p rz e d s ta w io n a z o s ta ła m e to d y k a b a d a ń i a n a liz ( r o z d z ia ły 5 -9 ) o ra z w y n ik i b a d a ń i ic h o b s z e rn a d y s k u s ja ( r o z d z ia ł 10). P ra c a z a k o ń c z o n a j e s t k ró tk im p o d s u m o w a n ie m i 5 w n io s k a m i o ra z u z u p e łn io n a o sp is ta b e l i ry s u n k ó w , s tr e s z c z e n ie w j ę z y k u p o ls k im i a n g ie ls k im , a ta k ż e w y k a z s k ró tó w i s y m b o li.
O cen a m e r y to r y c z n a r o z p r a w y
N a podstawie analizy literaturowej opartej o liczne publikacje naukowe innych badaczy zajmujących się problemami wpływu na człowieka i organizmy wodne oraz usuwania mikrozanieczyszczeń farmaceutycznych ze środowiska wodnego Autorka zaplanowała badania naukowe wpisujące się w światowe trendy badań, których celem głównym b y ło o p ra c o w a n ie h y b ry d o w e j m e to d y , łą c z ą c e j h e te r o g e n ic z n ą k a ta liz ę z n a n o f iltr a c ją , m e to d y u m o ż liw ia ją c e j s k u te c z n e u s u w a n ia ty c h m ik r o z a n ie c z y s z c z e ń z o c z y s z c z o n y c h b io lo g ic z n ie ś c ie k ó w k o m u n a ln y c h . C el b a d a ń z o s ta ł z re a liz o w a n y p o p rz e z lo g ic z n e z a p la n o w a n ie i w y k o n a n ie sz e ro k o z a k r o jo n y c h , in te r d y s c y p lin a r n y c h b a d a ń o b e jm u ją c y c h : - o k r e ś le n ie z a k r e s u s tę ż e ń w y b ra n y c h le k ó w w o d p ły w ie z o c z y s z c z a ln i ś c ie k ó w k o m u n a ln y c h - o p ra c o w a n ie p ro c e d u ry c h r o m a to g r a f ic z n e j a n a liz y b a d a n y c h z w ią z k ó w w trz e c h r o d z a ja c h ro z tw o ró w w o d n y c h ( w w o d z ie d e jo n iz o w a n e j, ro z tw o rz e m o d e lo w y m i ro z tw o rz e rz e c z y w is ty m p o b ra n y m w o c z y s z c z a ln i ś c ie k ó w k o m u n a ln y c h )
b a d a n ia d o ś w ia d c z a ln e p ro c e s ó w je d n o s tk o w y c h , f o to k a ta lity c z n e g o r o z k ła d u b a d a n y c h fa rm a c e u ty k ó w i p ro c e s u n a n o f iltr a c ji o ra z p ro c e s u h y b ry d o w e g o łą c z ą c e g o f o to k a ta liz ę z n a n o f iltr a c ją - a ta k ż e o c e n ę p o d a tn o ś c i m ik r o z a n ie c z y s z c z e ń f a r m a k o lo g ic z n y c h na n a tu r a ln ą b io d e g ra d a c ję i o c e n ę e k o to k s y k o lo g ic z n ą ro z tw o ró w m ik r o z a n ie c z y s z c z e ń po p ro c e s ie p o g łę b io n e g o o c z y s z c z a n ia o ra z o c e n ę m ik ro s k o p o w ą in te n s y w n o ś c i fo u lin g u m e m b ra n p o lim e ro w y c h w p ro c e s ie n a n o f iltr a c ji. W o c e n ia n e j p ra c y o k re ś lo n y z o s ta ł c el i z a k re s b a d a ń , n a to m ia s t n ie z o s ta ła p o s ta w io n a h ip o te z a b a d a w c z a do u d o w o d n ie n ia w w y n ik u r e a liz a c ji p ra c y d o k to r s k ie j, k tó rą m o ż n a je d n a k w y w n io sk o w a ć z a n a liz y c e lu i z a k r e s u p ra c y o ra z w y n ik ó w b a d a ń i w n io s k ó w .
W ra m a c h a n a liz y lite r a tu r o w e j, w r o z d z ia le 3 p rz e d s ta w io n a z o s ta ła c h a r a k te r y s ty k a z w ią z k ó w fa r m a c e u ty c z n y c h w ś ro d o w is k u w o d n y m , o b e jm u ją c a , ź ró d ła p o c h o d z e n ia i z a k r e s y s tę ż e ń o ra z w p ły w n a c z ło w ie k a i o rg a n iz m y w o d n e . A n a liz a lite r a tu r o w a , u z u p e łn io n a z o s ta ła w r o z d z ia le 4 o o p is w y b ra n y c h m e to d u s u w a n ia m ik r o z a n ie c z y s z c z e ń z z a s to s o w a n ie m m e to d k o n w e n c jo n a ln y c h i z a a w a n s o w a n y c h , w ty m z z a s to s o w a n ie m u tle n ia n ia f o to k a ta lity c z n e g o i n a n o f iltr a c ji z w y k o rz y s ta n ie m m e m b ra n . A n a liz ę z a a w a n s o w a n y c h p r o c e s ó w u tle n ia n ia w z a s to s o w a n iu do u s u w a n ia m ik r o z a n ie c z y s z c z e ń fa r m a c e u ty c z n y c h m o ż n a u z n a ć za w y c z e rp u ją c ą . N a to m ia s t, s to s u n k o w o p o b ie ż n ie p r z e d s ta w io n a z o s ta ła a n a liz a s e p a r a c ji fa rm a c e u ty k ó w w je d n o s tk o w y c h p ro c e s a c h f il tr a c ji m e m b ra n o w e j, p rz e d s ta w io n a n a n ie p e łn y c h d w ó c h s tro n a c h (3 4 i 3 5 ) o ra z u k ła d ó w h y b ry d o w y c h łą c z ą c y c h z a a w a n s o w a n e p ro c e s y u tle n ia n ia z te c h n ik a m i m e m b ra n o w y m i, b a z u ją c a n a p u b lik a c ja c h z la t 1999 - 2 0 1 3 , p rz y z a u w a ż a ln y m b ra k u p u b lik a c ji z o s ta tn ic h la t.
W części doświadczalnej pracy doktorskiej wyróżnić można badania wstępne oraz badania właściwe. W ramach badań wstępnych przeprowadzony został monitoring odpływów z mechaniczno-biologicznej oczyszczalni ścieków bytowo-gospodarczych w celu wyznaczenia średniorocznego stężenia wybranych mikrozanieczyszczeń farmaceutycznych (IBU, DCL, CBZ) odprowadzanych do wody powierzchniowej. Poddano także ocenie stopień naturalnej biodegradacji tych zanieczyszczeń, zachodzących w zbiornikach wodnych.
W ramach badań właściwych wykonane zostało szerokie spectrum badań doświadczalnych obejmujących badania z zastosowaniem roztworów modelowych oraz badania doczyszczania odpływu ścieków komunalnych z zastosowaniem procesów jednostkowych, fotolizy, heterogenicznej fotokatalizy i nanofiltracji, a także w układzie
sekwencyjnym fotokataliza-nanofiltracja.
Na podkreślenie zasługuje zastosowanie nowoczesnych metod analitycznych, takich jak HPLC, GC-MS, AFM oraz oprogramowania komputerowego, a także komercyjnych
biotestów z zastosowaniem bakterii, skorupiaków i roślin naczyniowych.
Jedynym mankamentem pracy jest skrótowe potraktowanie procesów membranowych, w tym nanofiltracji, która jest jednym z dwóch etapów opracowanej metody usuwania mikrozanieczyszczeń farmaceutycznych i ich metabolitów z odpływów mechaniczno- biologicznej oczyszczalni ścieków komunalnych. Powierzchownie przedstawione zostały zagadnienia w rozdziale 4.3, pominięto schemat/zdjęcie instalacji membranowej, bardzo krótko zanalizowano wydajność badanych membran NF i zjawisko foulingu ( rozdział 10.4.3). Zjawisko foulingu jest ciągłe podstawowym problemem w praktycznych zastosowaniach ciśnieniowych procesów membranowych, zmniejsza wydajność procesu i zwiększa koszty ekonomiczne, w wyniku czego ogranicza skalę zastosowania w praktyce. Uwaga ta nie zmienia pozytywnej oceny całej pracy, może być pomocna przy opracowywaniu publikacji do czasopism naukowych.
Za najważniejsze oryginalne osiągnięcia naukowe Autorki należy uznać:
1. analizę i syntezę dostępnej literatury naukowo-badawczej, krajowej i międzynarodowej, na bazie, której sformułowany został własny problem badawczy, cel i zakres pracy
2. wybór i opracowanie metodyki analiz z zastosowaniem nowoczesnych metod analitycznych, oprogramowania komputerowego i komercyjnych biotestów
3. opracowanie i przeprowadzenie oryginalnego programu badań doświadczalnych, obejmującego:
- monitoring stężeń mikrozanieczyszczeń farmaceutycznych w rzeczywistych odpływach z oczyszczani ścieków i analizę ich podatności na naturalną biodegradację - badania skuteczności usuwania wybranych mikrozanieczyszczeń farmaceutycznych w procesach jednostkowych oraz dwuetapowym procesie hybrydowym z zastosowaniem roztworów modelowych i rzeczywistych
- analizę mikroskopową intensywności foulingu membranowego
- analizę ekotoksykologiczną wszystkich badanych rodzajów roztworów po procesie pogłębionego oczyszczania z zastosowaniem opracowanej metody
4. osiągniecie aplikacyjnego celu rozprawy, tj. zaproponowanie układu sekwencyjnego fotokataliza-nanofiltracja do doczyszczania ścieków komunalnych.
Praca doktorska mgr inż. Edyty Kudlek jest pracą o walorach naukowych i poznawczych. Opracowany i przetestowany w usuwaniu mikrozanieczyszczeń farmaceutycznych hybrydowy układ łączący fotokatalityczne utlenianie z separacją membranową jest zaawansowanym rozwiązaniem o dużych możliwościach aplikacyjnych zarówno w modernizowanych jak i nowobudowanych oczyszczalniach ścieków. Podstawową zaletą tego rozwiązania jest całkowita eliminacja zarówno mikrozanieczyszczeń farmaceutycznych jak i związków generowanych podczas ich rozkładu fotochemicznego.
Pytania do dyskusji
1. czy uzasadniony jest wybór ciśnienia transmembranowego do badań z odpływami z oczyszczalni ścieków komunalnych na podstawie badań przepuszczalności wody dejonizowanej przez membrany ( str.63)
2. jakie rodzaje i mechanizmy foulingu mogą mieć miejsce w praktycznym zastosowaniu opracowanej metody usuwania mikrozanieczyszczeń farmaceutycznych z odpływów po oczyszczaniu mechaniczno-biologicznym ścieków komunalnych; jaki rodzaj foulingu, w świetle modelu oporów szeregowych, był analizowany z zastosowaniem współczynników a v i a w ( równania 30 i 31, str.64)
Wniosek końcowy
W podsumowaniu oceny stwierdzam, że rozprawa doktorska mgr inż. Edyty Kudlek, pt.: „Układ sekwencyjny fotokataliza-ciśnieniowa filtracja membranowa w pogłębionym oczyszczaniu odpływów z oczyszczalni komunalnych zawierających związki aktywne farmaceutycznie” jest rozwiązaniem postawionego problemu naukowo-badawczego. Autorka rozprawy podjęła ważny i aktualny problem z zakresu inżynierii środowiska. Realizując pracę doktorską wykazała się znajomością aktualnego stanu wiedzy w zakresie objętym tematem pracy oraz umiejętnością samodzielnego prowadzenia badań naukowych. Uzyskane oryginalne wyniki zostały prawidłowo zanalizowane i doprowadziły do sformułowania poprawnych wniosków. Recenzowana praca spełnia wymogi stawiane rozprawom doktorskim przez ustawę o stopniach i tytule naukowym, stawiam więc wniosek o przyjęcie rozprawy i dopuszczenie jej do publicznej obrony.
