Browse
Recent Submissions
Now showing 1 - 5 of 6
- ItemRecyklace vody a druhotných surovin z průmyslových odpadních vod(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, ) Procházková, Michaela; Máša, Vítězslav; Jícha, Jaroslav; Míchal, PavelPrůmyslové odpadní vody (POV) představují v Evropské unii 55 % z celkového objemu vyprodukovaných odpadních vod, což odpovídá více než 25,5 mil. m3 ročně. Tyto odpadní proudy často obsahují významné množství znečištění, které zatěžuje vodní ekosystémy. Vzhledem k vysoké variabilitě složení POV napříč jednotlivými průmyslovými odvětvími je nezbytný individuální přístup k jejich recyklaci a zpracování. Dizertační práce se v úvodu věnuje komplexní analýze problematiky POV v kontextu současných environmentálních výzev, legislativy, produkce, zpracování a možností recyklace. Po tomto nezbytném teoretickém základu je pozornost věnována dvěma typům průmyslových provozů – bioplynovým stanicím (BPS) a průmyslovým prádelnám. Cílem dizertační práce je návrh technologických konceptů pro recyklaci vody a druhotných surovin z těchto vybraných provozů. V případě BPS byl navržen a experimentálně ověřen koncept založený na vakuovém odpařování, stripování amoniaku a srážení struvitu. Vakuové odpařování umožnilo účinné zahuštění fugátu a více než 99% snížení organického znečištění v získávaném destilátu, který obsahoval až 94 % amoniaku. Ten byl následně stripováním úspěšně separován ve formě koncentrovaného amonného roztoku za vzniku čisté vody vhodné k opětovnému využití. Koncentrát z odpařování byl využit ke srážení struvitu jako vícesložkového hnojiva. Účinnost srážení dosahovala 51 %, i když průměrný obsah struvitu ve vzorcích činil pouze 2,2 %hm. Výsledky naznačují, že již samotné zahuštění fugátu přispívá ke stabilizaci odpadního proudu, zvyšuje jeho agronomickou hodnotu a snižuje objem o více než 45 %, což zefektivňuje logistiku a snižuje náklady na přepravu. V části zaměřené na průmyslové prádelny byla provedena komparace keramických membránových technologií (mikrofiltrace a ultrafiltrace) s vakuovým odpařováním (AGEV, MSF). Účinnost obou metod byla ověřena na reálné odpadní vodě z velkokapacitního provozu. Zatímco membránové procesy dosáhly odstranění více než 98 % nerozpuštěných látek, vzhledem ke zbytkovému organickému znečištění (CHSK až 290 mg·dm) a vysoké vodivosti (přes 800 µScm1) nejsou výstupní permeáty vhodné pro opětovné použití v máchacím kroku. Naproti tomu vakuové odpařování dosáhlo stabilní účinnosti i při variabilním složení vstupní vody a více než 90% odstranění znečištění. Výsledný destilát obsahoval méně než 60 mg·dm CHSK a vodivost nižší než 20 µScm1. Na základě těchto výsledků byl navržen koncept recyklace vody založený na integraci vakuového odpařování. Technicko-ekonomické hodnocení a případová studie reálného provozu kvantifikovaly potenciální úspory ve výši až 600 000 Kč ročně na vodném a stočném, přičemž návratnost investice se odvíjí zejména od ceny vody. Prezentované výsledky mohou přispět k udržitelnému hospodaření s vodními zdroji a podporují principy cirkulární ekonomiky v sektoru BPS i průmyslových prádelen. Získaná data rovněž představují vhodný základ pro environmentální hodnocení (např. LCA) a ESG reporting v souladu s požadavky směrnice CSRD.
- ItemEfektivní návrh technologií pro zpracování průmyslových odpadních vod(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, ) Miklas, Václav; Máša, Vítězslav; Šomplák, Radovan; Lev, JaroslavSucho a nedostatek vody představují jednu z nejpalčivějších výzev v Evropě i celosvětově. Evropská legislativa proto aktivně podporuje recyklaci procesních vod a koncept minimalizace či eliminace vypouštění odpadních vod (MVOV/EVOV). Tato dizertační práce reaguje na absenci uceleného a systematického návrhového rámce pro zařízení MVOV/EVOV a přispívá k aktuálnímu stavu poznání dvěma zásadními způsoby. Zaprvé představuje komplexní metodiku ekonomicko-environmentálního návrhu s významným aplikačním a inovačním potenciálem, který byl doložen nasazením v aktuálně řešených výzkumných projektech. Zadruhé vytváří samostatné vědecké výstupy, zejména v oblasti recyklace vinařských odpadních vod, čímž poskytuje cenné poznatky přímo využitelné v praxi. Vytvořená metodika integruje technické, ekonomické a environmentální aspekty do čtyř základních fází: (A) detailní sběr dat, (B) posouzení technické proveditelnosti, (C) ověření škálovatelnosti pomocí prediktivních modelů a průmyslově relevantních dat a (D) technicko-ekonomicko-environmentální optimalizace. Aplikovatelnost metodiky byla úspěšně ověřena na dvou různorodých případech – digestátu z bioplynových stanic (prvotní aplikace) a vinařských odpadních vodách (komplexní aplikace). U vinařských vod byly analyzovány tři scénáře a navrženo hybridní řešení, které dokázalo snížit CHSK o více než 98 % při přijatelných energetických nárocích (~35 kWh/m). Významnou přidanou hodnotou bylo cílené zaměření na těkavý ethanol, jehož role v odpadních vodách z vinařství byla v dosavadní literatuře opomíjena a jenž lze zpětně získávat. Nově vzniklá metodika a konkrétní výsledky jejího nasazení dávají příslib, že i malé a střední provozy mohou dosáhnout ekonomicky návratné recyklace odpadních vod a posílit evropskou vodní odolnost i oběhové vodní hospodářství.
- ItemNástroje a metodický přístup k modelování multimodální přepravy odpadů(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, ) Poul, David; Pavlas, Martin; Pospíšil, Karel; Balner, PetrS rostoucím množstvím odpadu, které produkuje dnešní společnost, je nezbytné se věnovat zefektivnění jeho nakládání, snižovat jeho produkci a celkově optimalizovat odpadové hospodářství. Důležitou roli také hraje doprava odpadu. Výrazná pozornost je věnovaná optimalizaci svozu odpadu, menší pozornost směřuje na přepravu odpadu na větší vzdálenosti, obzvlášť při využití multimodální přepravy. U dnes využívaných modelů je řada věcí často výrazně zjednodušena, nejsou zahrnuty všechny části řetězce či zde chybí provazba na reálnou infrastrukturu. Představovaná práce má za cíl sestavit nástroj pro hodnocení multimodální přepravy, který adresuje nedostatky současných modelů a bude umožňovat hodnotit nejen celý dopravní řetězec, ale také jeho jednotlivé části. Navržený technicko-ekonomický model multimodální přepravy se primárně zaměřuje na dopravu v rámci odpadového hospodářství. Je ale vytvořen jako univerzální nástroj pro hodnocení širokého spektra přeprav. Model integruje silniční a železniční síť založenou na reálné infrastruktuře České republiky a obsahuje rozsáhlou databázi dopravních prostředků, ze kterých si uživatel modulárně sestaví dopravní systém vhodný pro řešenou problematiku. Technické vyhodnocení zahrnuje především stanovení hmotnosti, nalezení vhodné dopravní cesty, výpočet teoretické spotřeby paliva/energie a s tím související produkci emisí z výfukových plynů či detailní vyhodnocení časového průběhu. Navazující ekonomické vyhodnocení podrobně specifikuje rozpad nákladů a stanovuje předpoklad rozložení příjmů a výdajů během doby trvání projektu. Model byl ověřen na řadě případových studiích a společně s tím byla stanovena metodika použití modelu a jeho integrace do řešených případů, což bylo představeno na vybraných tématech.
- ItemInteraction of spray with ambient flow(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, ) Cejpek, Ondřej; Jedelský, Jan; Ing. Darina Liederhausová, Ph.D., Ing.Paed.Igip; Vimmr, JanSpreje jsou využívány v průmyslových sektorech, při výrobě energie a v zemědělství. Spreje ovlivňují vše od chemických procesů až po účinnost spalování. Atomizéry jsou typicky vyvíjeny a testovány v kontrolovaných laboratorních podmínkách, bez okolního proudění, které výrazně ovlivňuje charakteristiky spreje. Pochopení interakce mezi spreji a okolními prouděními je zásadní pro navrhování účinných atomizérů pro praktické prostředí. Tato práce se zabývá tlakovými vířivými a šumivými atomizéry v podmínkách příčného a protiproudého uspořádání. Pokročilé optické měřicí techniky, jako je vysokorychlostní vizualizace a fázová Dopplerova anemometrie, jsou použity k analýze interakcí mezi kapkami a prouděním. Bylo zjištěno, že méně stabilní atomizéry (za laboratorních podmínek bez okolního proudění) mohou být vhodnější pro vysokorychlostní příčné proudění. Relativní rychlost mezi kapalným filmem a příčným prouděním výrazně ovlivňují délku rozpadu, kterou lze přesně předpovědět pomocí lineární analýzy nestability. V protiproudém uspořádání může snížení rychlosti kapaliny snížit tlakové ztráty plynu (P) a zrovnoměrnit rychlostní profil protiproudého proudu. Naše zjištění odhalila, že pro přesné předpovědi musí být v modelu P zahrnuto celkové rozložení velikosti kapek. V důsledku nerovnoměrného rychlostního profilu mohou být odneseny kapky výrazně větší, než je predikováno při předpokladu rovnoměrného rychlostního profilu. Výsledky této práce poskytují nové poznatky a objasňují dosud neznámé aspekty chování spreje za reálných podmínek.
- ItemFlow dynamics and distribution of liquid in a system of Rotating Packed Bed(Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, ) Hájek, Ondřej; Jícha, Miroslav; Józsa, Viktor; Repke, Jens-UweNa potřebě snížit emise oxidu uhličitého (CO2) se shodly národy napříč planetou. Jednou z nadějných metod k dosažení tohoto cíle je zachycení CO2 po spalování pomocí zařízení s rotující vestavbou (RPB), které umožňuje vysoce efektivní absorpci CO2 díky intenzivní atomizaci absorbentu a neustálému obnovování povrchu kapaliny. Cílem této práce je popsat vícefázové proudění uvnitř rotující vestavby a ve vnější kavitě nejen pomocí experimentálních metod, jako jsou laserové měřící techniky, vizualizace a metody pro stanovení účinnosti zachytávání CO2, ale i pomocí numerických simulací, např. výpočetní dynamiky tekutin. Počáteční rozpad kapaliny na první vrstvě vestavby byl zkoumán na zjednodušeném aparátu sestávajícím z jediného statického horizontálního drátu. Dvě kapalinové stěny vzniknou po nárazu paprsku kapaliny na zakřivený povrch, přičemž úhel mezi stěnami je závislý na rychlosti a průměru paprsku. Z těchto drátů byla seskládána drátěná vestavba umožňující validaci numerických simulací. Díky tomuto výzkumu bylo zjištěno, že i 2D simulace mohou nabídnout efektivní a cenově dostupnou metodu předpovědi pohybu kapaliny v RPB. Kapalina vystupující z rotující vestavby tvoří protáhlé struktury, jejichž délka rozpadu a účinnost zachytávání CO2 byly studovány s cílem dále optimalizovat strukturu vestavby. Délka těchto struktur závisí na průměru vestavby a rychlosti otáček. Pohyb kapek ve vnější kavitě je ovlivněn odporem okolního vzduchu. Velké kapky si zachovají hybnost, takže pak narazí na stěnu zařízení, zatímco malé kapky hybnost ztratí rychle a následují proud vzduchu. Část této práce je věnována vyvinutí a validaci analytického modelu předpovídajícího jejich pohyb. Složení kapaliny ovlivní nejen dynamiku rozpadu, ale také účinnost zachytávání, protože přidání karbonické anhydrázy ovlivnilo kinetiku reakce. Získané poznatky jsou prezentovány v recenzovaných vědeckých publikacích a přispívají k řešení mezinárodního projektu zaměřeného na komplexní přístup k absorpčnímu procesu v zařízeních s rotující vestavbou.