SLUŠE, J. Destratifikace vodních nádrží [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2021.
Disertační práce je zaměřena na aktuální téma aerace znečištěných vod mikroorganismy. Disertant pracoval velmi zodpovědně jak v oblasti teorie, tak experimentu. Vypracoval obsahově hodnotnou literární rešerši a na základě získaných poznatků navrhl originální metodu aerace znečištěných vod s ohledem na průmysl 4.0. Výsledkem teoretické studie a experimentu je návrh mobilního aerátoru, využitelného pro aeraci vod s malou hloubkou, zejména rybníků. Jedná se v podstatě o plovoucí robot, řízený na principu GPS. Práce je velmi bohatá na poznatky, doporučuji ji k obhajobě.
Oponentský posudek tezí dizertační práce DESTRATIFIKACE VODNÍCH NÁDRŽÍ DESTRATIFICATION OF RESERVOIRS Doktorand: Ing. Jan Sluše Energetický ústav Fakulta strojního inženýrství Vysoké učení technické v Brně Disertační práce je zaměřena na návrh nového zařízení pro aeraci vodních ploch s nízkou hloubkou vodní masy, které bude sloužit k omezení růstu sinic ekologickým způsobem. Pro návrh zařízení byla testována řada membrán k transportu kyslíku do vody. Výsledné mobilní zařízení bylo patentováno. Práce obsahuje 33 stran. Je členěna do 9 kapitol a seznamu literatury. Jednotlivé kapitoly na sebe logicky navazují. Kapitola první je věnována úvodu do problematiky vlivu obsahu kyslíku na stav zdrojů vody a sycení vody kyslíkem s využitím kvalitního přehledu literatury. Kapitoly druhá a třetí jsou zaměřeny na teorii přenosu hmoty a jeho kinetice. Následující kapitoly se týkají návrhu a realizaci experimentálního zařízení pro testování vlastností keramické a polypropylénové membrány, sloužící k určení součinitele prostupu hmoty a účinnosti zařízení. Kapitola osmá se zabývá návrhem aeračního zařízení s částečně autonomním řízením. K provádění aerace na vodním díle bylo navrženo plovoucí aerační zařízení s membránovým aeračním modulem s dutými vlákny umístěnými ve vodě. Pohyb zařízení je řešen částečně autonomním řízením pomocí GPS. Experimentem bylo potvrzeno, že řízení pohybu je velmi dobře funkční s dostatečnou přesností. V závěru jsou podrobně zhodnoceny výsledky jednotlivých částí práce. Cíle práce byly shrnuty v závěru. Velmi detailně je provedena evaluace součinitele přestupu hmoty a účinnosti různých materiálů při použití experimentálních metod. Základním cílem bylo navrhnout a realizovat zařízení pro aeraci vodních ploch a byla potvrzena jeho funkčnost. Přínosem práce je především teoretická studie přenosu hmoty s ohledem na kinetiku šíření kyslíku v kapalinách a vývoj a realizace vlastních experimentálních metod pro zkoumání vlastností membrán použitých v aeračním elementu. Pro realizaci zkušebního aerátoru byly zkoumány varianty zařízení, schopných komplexně a v dostatečném prostoru sytit vodní plochu kyslíkem. Významnou částí práce je vytvoření softwarového prostředí pro řízení pohybu zařízení po hladině s využitím statistických přístupů. K tomu bylo třeba zvládnout řadu experimentálních metod a metod pro řízení zařízení. Zařízení bylo testováno nejen laboratorně, ale i v reálu, kde se potvrdil význam zařízení pro praktické použití s minimálními nároky na obsluhu, s dostatečnou účinností a vyhovující ekologickým předpisům. Téma destratifikace vodních ploch je velmi aktuální v současné době, kdy dochází ke změně klimatu a s tím souvisí i negativní změna složení vody. Předmětem práce bylo vytvořit metodiku týkající se aerace vody po stránce teoretické a experimentální a vytvořit zařízení pro aeraci vodních ploch, které by bylo schopno především ekologicky a dlouhodobě udržovat vodní plochy v dobrém složení. Aktuálnost problematiky byla potvrzena podáním patentu. Ostrava, 15/04/2021 Prof. RNDr. Milada Kozubková, CSc. katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení Fakulta strojní, VŠB-TU Ostrava
Oponentský posudek disertační práce „Destratifikace vodních nádrží“ Doktorand Ing. Jan Sluše Studijní oboru Konstrukční a procesní inženýrství 1. K AKTUÁLNOSTI TÉMATU Životní prostředí je v neustálém zvyšujícím se zájmu lidské populace. Investory a projektanty sledovány náklady na pořízení a následný provoz technologických prvků používaných jednak při čištění odpadních vod i úpravách vod pro pitné i užitkové účely. V posledních letech ještě se pozornost soustřeďuje i na kvalitu vody jak přírodních v nádržích tak umělých zdržích. Práce je zaměřena právě na využití aerace ve zmíněných úpravárenských a čisticích procesech, z tohoto důvodu je velmi aktuální. Disertační práce předkládá jak shrnutí náročných experimentálních zkoušek na laboratorním okruhu, tak zkoušek „in situ“ na přírodní nádrži. Práce se zabývá posuzováním nových soudobých materiálů použitelných na membránách k aeračnímu procesu, je dosaženo zvýšení účinnosti vnosu kyslíku do vody při snížené energetické náročnosti zařízení. Zařízení je uvažováno jako stacionární nebo mobilní řízeně plovoucí po hladině. 2. SPLNĚNÍ STANOVENÝCH CÍLŮ Cíle práce jsou obecněji uvedeny již v úvodní kapitole, jsou vhodně, jasně a výstižně předloženy ve druhé kapitole. V první části práce je předložen vyčerpávající základní přehled o problematice biologického znečištění vody v tocích a nádržích. Je předložen výčet metod k omezování rozvoje vodního květu, předloženy informace o některých aeračních i destratifikačních zařízeních, jejichž úplný výběr by byl značně rozsáhlý. Je předložen i základní přehled energetické náročnosti vybraných aerátorů v hodnotách množství dodaného kyslíku v kg O2/kWh. Práce založená na realizaci relativně náročného experimentu, využívajícího moderní měřicí a vyhodnocovací techniku zcela splnila cíle v požadovaném rozsahu. Souhrn poznatků vyplývající z laboratorních zkoušek i zkoušek na přírodní nádrži je vhodný k následnému projekčnímu aplikování jak při fázích návrhu a volby vhodných aeračních a destratifikačních opatření. 3. POSTUP A METODY ŘEŠENÍ, VÝSLEDKY DISERTACE A KONKRÉTNÍ PŘÍNOS DOKTORANDA Pro získání aktuálního přehledu o stavu poznání v oblasti kyslíkové bilance v nádržích, eutrofizace, tvorby vodních květů shromáždil disertant do dnešní doby dostupné výsledky pocházejících ze zahraničí i naší republiky. Současně je uveden přehled používaných klasických vybraných aeračních zařízení. Práce je vhodně členěna do samostatných kapitol. V první kapitole je, jak už jsem uvedl, rešeršní souhrn poznatků z dané problematiky. Jasně definovaný účel práce včetně tří kontrolovatelných cílů je předložen v kapitole druhé. Ve třetí a čtvrté kapitole je předložen rozbor přenosu hmoty a popis používaných aeračních elementů. Kapitola pět, šest a sedm představuje přehled zkoušené prvky, měřicí techniku, zkušební zařízení použité na experimentálních okruzích v hydraulické laboratoři Odboru fluidního inženýrství Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně. Ke každému zkoušenému aeračnímu prvku jsou v dílčí kapitole uvedeny zpracované a vyhodnocené výsledky měření. Osmá kapitola představuje ovládací systém pro plovoucí mobilní zařízení ovládaného programovatelně ručně či automatizovaně – bezdrátově (GPS navigace). Devátá kapitola předkládá tři orientační návrhy aerátorů – stacionárního a dvou plovoucích (jeden pro uvažovaný autonomní provoz). Závěr obsažený v poslední kapitole představuje stručné shrnutí výsledků v rámci práce prováděných zkoušek. V rámci práce byly zvoleny správné postupy využívající propojení dosavadních poznatků v oblasti hydromechaniky, nových materiálů a řízení pohybu plavidla při experimentálním výzkumu v laboratoři i „in situ“. S prakticky všemi uvedenými dílčími závěry v práci při lze vyslovit souhlas, tyto doplňuji pouze drobnými připomínkami a dotazy uvedenými dále v posudku. 4. PŘÍNOS PRO PRAXI A ROZVOJ VĚDNÍHO OBORU Práce představuje nesporný přínos pro projekční i další výzkumnou činnost. Náročné experimentální testování nových prvků využívajících moderních materiálů a jejich zpracování je velkým přínosem. Objektivní a jasně definovaný a jednoduchý vyhodnocovací postup výsledků měření tvoří cenné rozšíření dosavadní praxe. Výsledky po přepočtu a doplnění na shodná vyhodnocovací kritéria budou při konkrétních porovnáních s dosavadními výsledky zjištěnými z provozovaných aerátorů použitelné pro vývojová oddělení, projektanty i jako námět k dalším výzkumům. 5. FORMÁLNÍ ÚPRAVA DISERTAČNÍ PRÁCE Po formální stránce je předložená zpráva na dobré úrovni. Práce má dostatečný rozsah k získání přehledu pro čtenáře, rozbory nejsou rozsáhlé, jsou však výstižné, jsou uvedeny odkazy v případě potřeby se seznámit s předchozími výsledky experimentálních prací. Rozdělení do kapitol je provedeno vhodně. Za vhodné považuji i formulování dílčích závěrů. Přehled literatury (včetně norem, vysokoškolských kvalifikačních prací a firemních podkladů) je dostatečně rozsáhlý, je doplněn publikacemi a výstupy ve formě patentu, prototypů a užitného vzoru, kde je disertant autorem či spoluautorem. K předloženým tezím nemám připomínky. 6. PŘIPOMÍNKY A DOTAZY Připomínky - Na str. 63 má být zřejmě v poslední větě uvedeno „se suchými póry“. - Při případném dalším publikování doporučuji použít při hodnocení a porovnávání obvyklá vyjádření parametrů dle TNV 756611 - Stanovení oxygenační kapacity aeračního zařízení. - Na str. 39 je uveden vztah (26) pro výpočet množství využitého kyslíku E v procentuální hodnotě, vztah má však v předloženém vyjádření jiný fyzikální rozměr. - U použitých symbolů je v některých případech použita kurzíva i normální styl. - Experimentální zkoušky byly pro předmětné aerační prvky provedeny vždy jednou pro danou konfiguraci a zvolené tlaky (dva nebo tři). Pro jistotu výsledků bych doporučil provést pro danou konfiguraci minimálně dvě až tři zkoušky, i když si zejména časovou náročnost uvědomuji. Dotazy na disertanta 1. Bude mít vliv na prostupnost a množství využitého kyslíku u zkoušených materiálů vlhkost vzduchu? 2. Proč byly prováděny zkoušky při různých vstupních koncentracích O2 (0 mg/L, 2 mg/L a 3 mg/L)? 3. Jaký máte názor na životnost nově zkoušených 3 prvků a tedy i materiálů provzdušňovacího zařízení? 4. Předložené výsledky představují značný rozsah experimentálních prací, které musely být prováděny za přispění kolektivu spolupracovníků. Výstupy zahrnují oblast hydromechaniky, programování, řídicích systémů a zčásti i geodézie. Kde spatřujete těžiště svého přínosu na prezentovaných výsledcích? 5. Poněkud postrádám u třech nových zkoušených prvků obvyklé energetické zhodnocení jako je uvedeno v rešeršní části, tedy kg O2/kW. 7. ZÁVĚR Po seznámení se s předloženou prací potvrzuji, že jmenovaný studiem a svými vědecko- výzkumnými výstupy prokázal, že dokáže řešit náročné aktuální problémy hydromechaniky. Proto doporučuji komisi pro obhajoby disertačních prací předloženou práci přijmout na obhajobu a po jejím úspěšném obhájení udělit Ing. Janu Slušemu akademický titul Ph.D. ve studijním oboru Konstrukční a procesní inženýrství. ………………………………… prof. Ing. Jan Šulc, CSc. oponent
eVSKP id 130057