Wyjątkowy dzień w Politechnice Koszalińskiej. Dwoje młodych naukowców uzyskało w czwartek (13 października) na Wydziale Inżynierii Lądowej, Środowiska i Geodezji, stopień doktora nauk inżynieryjno-technicznych. Gratulujemy!

Doktorat z wyróżnieniem za badania nad filtracją grawitacyjną

Pierwszy z doktorantów - mgr inż. Paweł Kogut – to absolwent naszej uczelni (z celującym wynikiem ukończył studia na kierunku Inżynieria środowiska). Jest technologiem i zastępcą kierownika w, należącym do koszalińskiego Przedsiębiorstwa Gospodarki Komunalnej, Regionalnym Zakładzie Odzysku Odpadów w Sianowie. Pracuje także na stanowisku technologa i prelegenta w laboratorium chemicznym Baltic Lab.

Tytuł przygotowanej przez niego rozprawy doktorskiej brzmi: „Wykorzystanie metod numerycznych do obliczania wybranych parametrów blokad kolmatacyjnych w procesie filtracji grawitacyjnej”. Temat dotyczy dziedziny nauk inżynieryjno-technicznych (dyscyplina inżynieria środowiska, górnictwo i energetyka). Promotorem przewodu doktorskiego był dr hab. inż. Jacek Piekarski, profesor w Katedrze Technologii Wody, Ścieków i Odpadów Wydziału Inżynierii Lądowej, Środowiska i Geodezji Politechniki Koszalińskiej.

W swojej dysertacji doktorant przedstawił wyniki badań laboratoryjnych procesów filtracji grawitacyjnej uwzględniających blokady kolmatacyjne.

Proces filtracji grawitacyjnej został zaczerpnięty wprost z natury, a głównym jego celem jest rozdział fazy stałej od ciekłej. Odkrycie technologii filtracji było ewidentnym sukcesem. We współczesnej technologii, filtracja wody jest procesem o ogromnym znaczeniu, dlatego w literaturze światowej doczekała się dużej liczby publikacji.

W większości opis matematyczny jest wynikiem transformacji klasycznych równań przepływu płynu przez warstwy porowate. Jednak w warunkach rzeczywistych spotyka się stosunkowo dużą rozpiętość średnicy ziaren tworzących złoże porowate, jak i średnicy ziaren fazy stałej oraz zagęszczenia mieszaniny kierowanej do procesu filtracji. Dlatego w odpowiednich warunkach może zachodzić zjawisko blokowania przepływu przez złoże porowate tworzące warstwę filtracyjną na skutek tworzenia tzw. blokad kolmatacyjnych na różnej głębokości złoża. W rezultacie złoże filtracyjne nie pracuje poprawnie i wymaga regeneracji.

Nowatorski charakter pracy zaprezentowanej przez doktoranta wynikał z braku wcześniejszych doświadczeń w zakresie oczyszczania np. zawiesinowych ścieków przemysłowych w procesie filtracji grawitacyjnej uwzględniającej blokady kolmatacyjne. Badania prowadzone były w szerokim zakresie wielkości uziarnienia złoża (od 0,4 do 3,15 mm), fazy stałej kolmatanta (od 0 do 0,25 mm) oraz zagęszczenia zawiesiny (w zakresie od 500 do 2000 mg/dm3).

- Zawarty w rozprawie opis filtracji grawitacyjnej jest szczególnie wnikliwy i świadczy o niezwykle dokładnym rozpatrzeniu mechanizmu przyczynowo-skutkowego tego procesu, a matematyczno-fizykalne formuły opisu procesu świadczą o wysokim poziomie naukowym tej dysertacji – podkreśla promotor rozprawy dr hab. inż. Jacek Piekarski, prof. PK.

Dodaje, że stworzony przez doktoranta autorski program komputerowy BLOFIL stanowi doskonałe aplikacyjne uzupełnienie wykonanych badań, ponieważ już na etapie projektowania procesu filtracji grawitacyjnej umożliwia odpowiedni dobór złoża porowatego oraz identyfikację formy filtracji grawitacyjnej.

Przygotowaną rozprawę wysoko ocenili recenzenci: dr hab. inż. Bartosz Kaźmierczak, profesor Politechniki Wrocławskiej i dr hab. inż. Jacek Dawidowicz profesor Politechniki Białostockiej. Podczas czwartkowej publicznej obrony mgr inż. Paweł Kogut wyczerpująco ustosunkował się do dodatkowych uwag zgłoszonych przez recenzentów i pytań innych uczestników obrony.

W rezultacie komisja doktorska zaaprobowała wniosek o nadanie stopnia doktora z wyróżnieniem. Ostateczną decyzję podejmie Senat Politechniki Koszalińskiej.

---

Jak wyeliminować mikrozanieczyszczenia?

Z dużym wyzwaniem zmierzyła się mgr inż. Lucyna Lewandowska - doktorantka pracująca na Wydziale Inżynierii Lądowej, Środowiska i Geodezji Politechniki Koszalińskiej. Przygotowała bowiem pracę w języku angielskim. Tytuł pracy: „Hybrid methods enabling elimination of organic micropollutants from water and sewage” („Hybrydowe metody eliminowania mikrozanieczyszczeń organicznych z wody i ścieków”). Promotorem w przewodzie doktorskim był dr hab. Paweł K. Zarzycki.

Doktorantka zajęła się badaniami nad nowymi – opartymi na nanotechnologii - metodami oczyszczania wody i ścieków. Jak zauważa, zaledwie około 10 lat temu naukowcy i praktycy uświadomili sobie, że w ściekach oprócz zanieczyszczeń, które można usunąć w tradycyjny sposób, występują mikrozanieczyszczenia, takie jak: mikroplastiki, organiczne barwniki syntetyczne, hormony, farmaceutyki.

Przy obecnie stosowanych metodach oczyszczania, związki te nie są usuwane ze ścieków. Przedostają się do wód powierzchniowych, a tą drogą do organizmów żywych. Są toksyczne, mutagenne i rakotwórcze. Mało tego, w reakcji z preparatami stosowanymi do usuwania tradycyjnych zanieczyszczeń, mogą generować powstawanie jeszcze bardziej szkodliwych produktów.

W jaki sposób wyeliminować te związki? Ten problem w swojej pracy próbowała rozwiązać doktorantka.

W zrealizowanych badaniach skupiła się na wykorzystaniu hybrydowych technologii oczyszczania ścieków, łączących tradycyjne procesy z nanotechnologią. Poszukiwała takich nanomateriałów i biopolimerów, których działanie poprawia selektywność procesów tradycyjnych.

- Badaniom laboratoryjnym poddałam osiem nanomateriałów. Chodziło o przetestowanie takich materiałów, które są wielofunkcyjne, tanie, czy powszechnie dostępne, a przy tym mogą wchodzić w interakcję z wybranymi mikrozanieczyszczeniami w obecności organizmów żywych – mówiła tuż przed obroną. – Jest to przykład rozwiązania hybrydowego.

W trakcie badań udało się pokonać szereg trudności związanych z syntezą nowych nanomateriałów, a także z przeprowadzeniem dodatkowych badań potwierdzających, że uzyskane nanomateriały mają oczekiwane właściwości.

Czasochłonne eksperymenty przyniosły obiecujące wyniki. Potwierdziły, że niektóre nanomateriały i biopolimery, jak β-cyklodekstryny, tlenek grafenu, puch mniszka lekarskiego i inne – wpływają na procesy eliminowania mikrozanieczyszczeń. Otrzymane wyniki tworzą platformę zbioru danych, które mogą pomóc np. w projektowaniu prostych mikrofluidalnych, wysoce wydajnych urządzeń rozdzielczych, umożliwiających szybkie i niedrogie oraz selektywne rozdzielanie złożonych próbek.

Wyniki badań doktorantka upowszechniła w formie publikacji oraz rozdziałów w książkach w wysoko punktowanych wydawnictwach (m.in. „Nanomaterials”, CRC). Przygotowana przez nią rozprawa doktorska - po uzupełnieniu i poprawieniu – uzyskała pozytywne opinie recenzentek (funkcję tę pełniły: prof. dr hab. inż. Małgorzata Kabsch-Korbutowicz z Politechniki Wrocławskiej i dr hab. Monika Kalinowska, profesor Politechniki Białostockiej).

Dyskusja podczas czwartkowej obrony – odpowiedź na pytania recenzentek i innych osób zainteresowanych tematyką rozprawy – miała pozytywny finał. Komisja doktorska zaaprobowała wniosek o nadanie stopnia doktora mgr inż. Lucynie Lewandowskiej. Także w tym przypadku ostateczną decyzję podejmie Senat Politechniki Koszalińskiej.