Pierwszy na PB doktorat wdrożeniowy został obroniony 1 sierpnia 2022.

Pojęcie doktoratu wdrożeniowego oraz jego zasady zostały uregulowane w rozporządzeniu Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego z dnia 28 kwietnia 2017 r.  Doktorat wdrożeniowy jest programem, który pozwala połączyć pracę badawczą z realnym wykonywaniem obowiązków na rzecz konkretnego podmiotu działającego w danej branży (doktorant musi być zatrudniony u przedsiębiorcy lub organu administracji publicznej na pełen etat). Jak wskazuje sama nazwa, projekt ma na celu „wdrożenie” efektów badań w praktyce (doktoraty.pl) Doktorant, pracując pod opieką dwóch opiekunów – naukowego i przemysłowego, przygotowuje rozprawę doktorską, która ma usprawnić działanie przedsiębiorstwa.

Autor pracy: mgr inż. Paweł Puzowski

Doktorat wdrożeniowy w ramach programu MNiSW, II edycja 2018.

Doktorat realizowany był we współpracy z przedsiębiorstwem PALWOD, gdzie zatrudniony jest doktorant.

Tytuł pracy: Pole magnetyczne jako metoda wspomagania oczyszczania wody podziemnej ze związków żelaza i manganu w małych stacjach uzdatniania.

Tytuł projektu badawczego finansowanego przez MNiSW: Innowacyjny system uzdatniania wody podziemnej.

Promotor. Prof. dr hab. inż. Iwona Skoczko

Promotor pomocniczy z zakładu: mgr Paweł Pawlukanis

W ramach pracy o charakterze wdrożeniowym rozpatrzono nowatorskie podejście do praktycznego wdrożenia wspomagania tradycyjnego systemu uzdatniania wody metodą filtracji przy wykorzystaniu pola magnetycznego. Podstawą przygotowania i realizacji pracy doktorskiej była konieczność poprawy jakości oczyszczanej wody na miejskich stacjach uzdatniania w małych jednostkach osadniczych z uwzględnieniem realnej i możliwej do zastosowania technologii oczyszczania przy jak najniższych kosztach inwestycyjnych
i eksploatacyjnych (które nie wpływałyby na zwiększenie cen wody). Rozważania nad wprowadzeniem skutecznej innowacji oparto na:

• podstawie wykonanego przeglądu literatury tematu,
• własnego doświadczenia w projektowaniu, budowie, konserwacji i kontroli licznych stacji uzdatniania wody,
• wskazywanych problemach eksploatacyjnych i konserwacyjnych przez technologów pracujących na stacjach,
• wskazywanych problemach eksploatacyjnych i konserwacyjnych przez konserwatorów stacji i sieci,
• skargach indywidualnych i przemysłowych odbiorców wody.

W oparciu o powyższe zwrócono uwagę, że:

• ważna jest ochrona i dbałość o posiadane skromne zasoby wodne i poszukiwanie nowych nieinwazyjnych technologii jej uzdatniania,
• przedsiębiorstwa komunalne zarządzające obiektami stacji uzdatniania w małych jednostkach osadniczych nie mogą doprowadzić do znacznej zwyżki cen wody (już nawet niewielkie podwyżki wody skutkują głębokim niezadowoleniem odbiorców i generują rosnącą falę niepokojów społecznych),
• technolodzy stacji zwracają uwagę na potrzebę utrzymania jak najniższej bezawaryjności stacji i możliwie najrzadszą częstotliwość kolejnych przeglądów serwisowych, szczególnie, iż stacje są zaawansowane technologiczne i w pełni zautomatyzowane, ich obsługa powinna ograniczać się do przeglądów serwisowych i wykonywania koniecznych napraw,
• konserwatorzy sieci skarżą się na konieczność częstego wyłączania stacji
  i przestoju w dostawie wody, czego powodem jest konieczność czyszczenia wodociągowych przewodów technologicznych (szczególnie za aeratorem), które bardzo szybko ulegają kolmatacji związkami żelaza i zmniejszają prześwit. Zwiększa ciśnienie przepływu i prowadzi do awarii.

Całkowita likwidacja tych problemów nie jest w rzeczywistości możliwa. Można jednak poprawić jakość wody stosując proces, który dotąd był wykorzystywany w niektórych w układach przygotowania wody na cele grzewcze lub przemysłowe. Nie był dotychczas wykorzystany na żadnej komunalnej stacji uzdatniania wody Polsce ani w Europie. Na podstawie studiów literatury zwrócono uwagę, że pole magnetyczne zmienia układ cząstek zanieczyszczeń obecnych w wodzie i pozwala na szybsze wytrącenie zawiesin. Pole magnetyczne, zastosowane jako odrębny proces oczyszczania wody miejskiej, może okazać rozwiązaniem niedrogim w eksploatacji i skutecznym w działaniu. Nie wiąże się też z wprowadzaniem do oczyszczanej wody żadnych dodatkowych substancji chemicznych. Co więcej, zastosowanie pola magnetycznego wpisuje się w zasadę rozważnego korzystania ze środowiska, głównie poprzez pośrednią minimalizację zużycia zasobów wody na prace związane z konserwacją urządzeń ciągu technologicznego uzdatniania wody oraz poprzez potencjalną minimalizacje konieczności wykorzystania środków dezynfekujących.

Przeprowadzono zatem badania nad zastosowaniem pola elektromagnetycznego i wdrożeniem go do układów oczyszczania prowadzono na dwóch wybranych stacjach uzdatniania wody w miejscowościach Gulbieniszki i Rutka Tartak znajdujących się w województwie podlaskim. Na obu stacjach zaprojektowano technologie oczyszczania, które opierają na aeracji i filtracji. Jednak do tej pory, z uwagi na powstawanie znacznych ilości szlamów i osadów wymagały częstej konserwacji, co wiązało się z dłuższymi przerwami w dostawie wody. Zaproponowano zatem wspomaganie procesów oczyszczania poprzez zastosowanie pola elektromagnetycznego wytwarzanego przez wybrany do badań generator. Urządzenie składało się z przewodu indukującego pole elektromagnetyczne oraz generatora ze sterownikiem. Generator posiadał dziewięć programów pracy. Do celów badawczych wykorzystano nastawy w zakresie od 1 do 9 (co odpowiadało zakresowi zmian częstotliwości 5-45 Hz). Każda z nastaw była dedykowana dla konkretnego przepływu. Urządzenie zostało zainstalowane na badanych stacjach uzdatniania wody na na przewodach wodociągowych DN100 ze stali nierdzewnej. Zrealizowane  prace badawcze wskazują, iż optymalnym miejscem usytuowania elektromagnetyzera jest przewód doprowadzający wodę do filtrów za aeratorem w przypadku jedno- i dwustopniowej filtracji. W układzie jednostopniowym optymalna nastawa elektromagnetyzera na cele usuwania żelaza wymaga częstotliwości pola elektromagnetycznego w granicach 45 Hz, natomiast na cele poprawy efektywności usuwania manganu- 15 Hz. W przypadku układu filtracji dwustopniowej wykazano, iż usuwanie żelaza w największym stopniu wspomaga pole elektromagnetyczne o częstotliwości 50 Hz, natomiast najlepsze efekty usuwania manganu obserwowano przy nastawie 15 Hz..

Stacja w Gulbieniszkach

Elektromagnetyzer zamontowany przed II stopniem filtracji w Gulbieniszkach

SUW Rutka Tartak widok na cześć układu filtracyjnego

SUW Rutka Tartak układ technologiczny z zainstalowanym elektromagnetyzerem.

. Analiza SWOT proponowanego rozwiązania

W ramach przeprowadzonych prac badawczych wykazano, iż pole magnetyczne wyraźnie wspomaga proces uzdatniania wody podziemnej zarówno w układach technologicznych opartych o aerację i jednostopniową filtrację oraz w układach z dwustopniową filtracją. W każdym z rozpatrywanych układów technologicznych obserwowano poprawę efektywności usuwania związków żelaza i manganu.