Bachelor's Thesis

Application of membrane technologies for industrial wastewater treatment

Final Thesis 2.15 MB

Author of thesis: Karel Němec

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. David Horňák

Reviewer: Ing. Michaela Procházková, Ph.D.

Abstract:

This bachelor’s thesis addresses the issue of treating industrial wastewater using membrane processes, particularly in the dairy industry. The main drawback of these technologies is membrane fouling, which can be prevented by operating the system below the critical permeate flux. The theoretical section of the thesis includes a comprehensive review of membrane processes and their practical applications. The main objective of the practical part was the experimental determination of this critical value during microfiltration of model dairy wastewater using a tubular ceramic membrane. Based on the evaluation of experimental data, it was found that the critical flux ranges from 120 to 150 l/(m^2∙h). For real-world industrial applications, it is recommended to operate the system 10 to 20% below this determined limit. However, the results of this work were partially influenced by the limitations of the control system and the use of model water. Therefore, as part of the future research, it is recommended to optimize flow control, reduce the step size of the permeate flow rate, and conduct measurements using actual wastewater.

Keywords:

dairy wastewater, microfiltration, critical flux, permeate, wastewater recycling

Date of defence

08.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student prezentoval bakalářskou práci. Po prezentaci zodpověděl otázky oponenta práce. V navazující diskusi k bakalářské práci byly položeny následující otázky. Dotaz na navazující práce a činnosti související s tématem. Zodpovězeno uspokojivě. Dotaz na dosažené tlaky při experimentu. Zodpovězeno uspokojivě. Dotaz na reportované tlaky a význam přetlaku a absolutního tlaku. Zodpovězeno uspokojivě.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Fundamentals of Mechanical Engineering (B-ZSI-P)

Specialization

Fundamentals of Mechanical Engineering (STI)

Composition of Committee

prof. Dr. Ing. Marcus Reppich (předseda)
doc. Ing. Martin Pavlas, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Petr Stehlík, CSc., dr. h. c. (člen)
prof. Ing. Zdeněk Jegla, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Skryja, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Lošák, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Touš, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. David Horňák

Autor se v předkládané práci zabývá aplikací membránových procesů v oblasti čištění odpadních vod, přičemž se blíže věnuje odpadním vodám z mlékáren. V práci jsou představeny především tlakové membránové procesy a jejich využití v mlékárenství.

Oceňuji autorův zájem o experimentální činnost. Součástí práce je experimentální určení kritické intenzity toku permeátu pro modelovou mlékárenskou odpadní vodu na mikrofiltrační membráně, což představuje jeden ze způsobů stanovení optimálních provozních podmínek membránových systémů v praxi.

Bohužel však práce trpí řadou nedostatků. Rešeršní část věnovaná aplikaci membránových procesů v oblasti čištění mlékárenských odpadních vod by mohla být podrobnější a výrazně obsáhlejší. Autor sice čerpá výhradně z odborných zdrojů, avšak jejich počet je poměrně nízký a v textu se vyskytují dlouhé pasáže převzaté pouze z jediného literárního zdroje.

Dalším výrazným nedostatkem je slabší úroveň logické návaznosti textu a horší schopnost autora interpretovat dosažené výsledky. Některé pasáže jsou formulovány velmi těžkopádně a jsou pro čtenáře hůře srozumitelné. Na celkovém zpracování je bohužel znát, že práce byla vypracovávána v časové tísni na poslední chvíli.

I přes výše zmíněné nedostatky mohu konstatovat, že práce splňuje všechny vytyčené cíle a doporučuji ji k obhajobě s výslednou známkou D.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání D
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod D
Vlastní přínos a originalita D
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry E
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti E
Grafická, stylistická úprava a pravopis D
Práce s literaturou včetně citací D
Samostatnost studenta při zpracování tématu D

Grade proposed by supervisor: D

Předložená bakalářská práce se zabývá problematikou zpracování odpadních vod z potravinářského průmyslu pomocí membránových technologií. Teoretická část práce je zaměřena na obecný popis membránových procesů, rozdělení jednotlivých modulů, jejich vlastností a problematiku zanášení. Bohužel, samotný text vykazuje zásadní nedostatky. Mezi nejzávažnější patří chybné používání odborné terminologie, nepřesný popis fyzikálních principů a celkově slabá logická návaznost textu. Některé zásadní technologické principy jsou často vysvětleny nedostatečně nebo jsou odbyty pouhým odkazem na obrázek (např. chybějící textový popis křížové filtrace na str. 28). Práci navíc sráží množství typografických chyb a absence vyvození důležitých závěrů z provedené rešerše.

Práce se dále zabývá mlékárenským průmyslem jakožto zástupci potravinářského průmyslu pro aplikaci membránových procesů. Kapitola popisující toto odvětví je však velmi stručná a zasloužila by si podstatně více prostoru. Velkou slabinou této kapitoly a také bakalářské práce jako celku je úroveň práce s odbornou literaturou. Zejména v kapitole o mlékárenství autor využil zastaralé zdroje, přestože je k této problematice dostupná řada aktuálních publikací z posledních let.

Kladně hodnotím zařazení experimentální části, jejímž hlavním cílem bylo stanovení kritické intenzity toku při procesu mikrofiltrace. Zvolená metodika však využívá modelovou mlékárenskou odpadní vodu připravenou z komerčního sušeného mléka. Jak sám autor v textu přiznává, tato modelová odpadní voda jen velmi vzdáleně simuluje reálnou odpadní vodu. Kromě změřených procesních parametrů v experimentální části postrádám základní měření fyzikálně-chemických hodnot, jako je pH, vodivost a především zákal, který autor využívá pro vyvození závěrů z experimentální práce.

Vzhledem k výše uvedeným závažným nedostatkům hodnotím práci celkovou známkou E a doporučuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání D
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod E
Vlastní přínos a originalita D
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry E
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii E
Logické uspořádání práce a formální náležitosti E
Grafická, stylistická úprava a pravopis D
Práce s literaturou včetně citací F
Topics for thesis defence:
  1. V teoretické části práce postrádám hlubší srovnání membránových technologií. Můžete stručně shrnout, v čem spočívají hlavní výhody a nevýhody vámi zvolené keramické membrány oproti jiným typům membrán (např. polymerním) pro aplikaci v mlékárenském průmyslu?
  2. Ve své práci pracujete s pojmy jako permeabilita, selektivita a transmembránový tlak, avšak jejich teoretický popis je místy nejasný. Můžete na příkladu vašeho vlastního experimentu vysvětlit, jaká hnací síla byla využita při experimentu? Co přesně vyjadřuje transmembránový tlak? Jaký vliv má proces zanášení na výslednou permeabilitu a selektivitu membrány?
  3. V experimentu využíváte modelovou odpadní vodu připravenou ze sušeného mléka. Reálná mlékárenská odpadní voda je však mnohem komplexnější. Jaké specifické složky ve vaší modelové vodě chybí? Jak by se jejich přítomnost projevila na naměřené hodnotě kritického toku?

Grade proposed by reviewer: E

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová