Bachelor's Thesis

Treatment of liquid digestate from WWTPs

Final Thesis 10.47 MB

Author of thesis: Pavel Šichnárek

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. David Horňák

Reviewer: Ing. Václav Miklas, Ph.D.

Abstract:

The liquid fraction of digestate from a biogas plant integrated into a municipal wastewater treatment plant system represents a significant technological burden. In the monitored treatment plant, the situation is complicated by the processing of unsorted food waste, which causes massive plastic contamination of the system. The aim of this thesis was to conduct a literature review of available separation methods, select an appropriate technology based on the findings, and subsequently verify it experimentally in removing microplastics and other specific pollutants from a real sample. Based on this review, low-pressure membrane filtration was chosen for laboratory testing. A pilot test in a cross-flow configuration on a ceramic membrane confirmed the technical feasibility of the separation and demonstrated the real dynamics of pore fouling through the formation of a stable cake layer, which resulted in a decrease in permeability. The subsequent main experiment with a two-stage dead-end configuration, utilizing pre-treatment with a nylon membrane and fine filtration through polypropylene membranes, demonstrated high levels of permeability and flux with a minimal increase in hydraulic resistance. Instrumental analysis confirmed the high efficiency of the filtration method (98,6 %) in removing particulate pollution, effectively retaining microplastics and rendering the resulting permeate free of suspended solids. This thesis forms the theoretical and experimental foundation for a broader research project carried out in cooperation with Aqua-reaktor, s.r.o. Future work will focus on the development of a predictive contamination model based on input substrates and the implementation of an optical monitoring system for the continuous, real-time sensing of stream pollution.

Keywords:

Wastewater treatment plant, liquid digestate, membrane filtration, microplastics, anaerobic digestion

Date of defence

08.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval bakalářskou práci. Po prezentaci zodpověděl otázky oponenta práce a v navazující diskusi k bakalářské práci následující otázky položené členy komise. Dotaz na upřednostňovanou technologii v provozu. Zodpovězeno uspokojivě. Dotaz na mikroplasy a jejich původ v materiálu (fugátu). 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 věnuje aktuálnímu tématu zpracování fugátu z ČOV s důrazem na eliminaci mikroplastů v tomto odpadním proudu. V úvodu práce je nastíněna problematika a uveden příklad konkrétní čistírny odpadních vod, kde nadměrný výskyt mikroplastů ve fugátu ztěžuje její provoz. Dále autor předkládá podrobnou rešerši metod čištění fugátu, na jejímž základě vybírá mikrofiltraci jako testovanou metodu v praktické části. Práce též obsahuje přehled analytických metod stanovení mikroplastů ve fugátu.

Na této práci velmi oceňuji její praktický přesah. Experimenty byly provedeny na reálném fugátu přímo z provozu a výsledky z experimentální části tvoří základ pro výzkumný projekt realizovaný ve spolupráci se společností Aqua-reaktor. Dále je nutné ocenit samostatnost autora, který aktivně komunikoval se zástupci čistírny odpadních vod ohledně poskytnutí vzorků a s analytickou laboratoří ohledně analýz stanovení množství mikroplastů ve fugátu.

Práce splňuje všechny vytyčené cíle, je logicky uspořádaná a zpracovaná na velmi vysoké úrovni. Práce s literaturou je rovněž příkladná. Práci plně doporučuji k obhajobě a hodnotím známkou A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Václav Miklas, Ph.D.

Práce se zabývá zpracováním fugátu z bioplynové stanice integrované do městské ČOV, specificky odstraňováním mikroplastů pocházejících ze zpracování nevytříděného gastroodpadu. Téma je aktuální a originální, navíc přispívá výzkumnému projektu se společností Aqua-reaktor s.r.o.

Práce je logicky vystavěná, od popisu čistírenského systému přes obsáhlou rešerši separačních metod až po experiment. Rešerše je přehledná a na poměry bakalářských prací kvalitní. Za slabší místo lze označit její nevyváženost – zatímco membránové procesy jsou rozpracovány do hloubky, mnohé metody zůstávají na úrovni jednoduchého kvalitativního popisu bez jakéhokoli vyčíslení (např. energetická náročnost, ekonomika). Kapitola o analytice mikroplastů je odborně zdatná, avšak rozsahem neúměrná svému využití (stanovení mikroplastů bylo provedeno externím pracovištěm, nikoli studentem).

Experimentální část prokazuje samostatnost a dvoufázové uspořádání (cross-flow validace, dead-end test) je promyšlené. Oceňuji transparentní popis provozních komplikací a kontrolní analýzu pozadí. Popis však trpí absencí procesního schématu, průtoků, filtrační plochy a výtěžnosti, což omezuje reprodukovatelnost. Navíc data o mikroplastech jsou označena jako předběžná.

Interpretace dílčích výsledků je obstojná, avšak prezentace závěrů sporná: účinnost separace NL (98,6 %) pochází z cross-flow testu na keramické membráně, redukce mikroplastů (97 %) z dead-end testu na jiných vzorcích membrán – jejich spojení do jednoho „systému“ je nepřesné. Také výrok, že „experimentální výsledky potvrzují, že (je) navržená metoda (…) vhodná a technicky realizovatelná“, jde daleko nad rámec toho, co ukázala data. Rovněž cíl 1 (definice cílů ČOV v nakládání s fugátem) je v práci naplněn spíše implicitně.

Formální úroveň je nadprůměrná – kvalitní vlastní grafika a kultivovaný text. Práce s literaturou je rozsáhlá a aktuální, slabinou jsou však sloučené citace, nepodložené pasáže a využití řady webových zdrojů, v některých místech bez zdůraznění, že se jedná o typické či příkladové hodnoty (tab. 2, 5).

Hlavními nedostatky jsou nevyvážená rešerše, poddimenzovaný popis experimentu, nekorektní interpretace a závěry, které nemají oporu v textu. Za přínosy lze označit aktuálnost tématu, propojení s praxí, transparentnost a grafickou úroveň.

Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím stupněm B – velmi dobře.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod C
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. V tabulce 13 dosahují hodnoty intenzity toku permeátu řádově desítek tisíc l/(m2·h). Mohl byste přiblížit výpočet těchto hodnot – jakou filtrační plochu jste uvažoval, jaký byl objemový průtok a doba filtrace daného objemu?
  2. Ve zhodnocení doporučujete zařadit po primární mikrofiltraci ještě „jeden dočišťující proces“ (navrhujete fyzikálně-chemický). Který konkrétně byste navrhl a proč? Bylo by případně myslitelné pořadí obou stupňů zaměnit, a pokud ano, jak by to ovlivnilo zatížení a životnost membrány?
  3. Jaký postup byste zvolil pro hlubší posouzení vhodnosti a realizovatelnosti navrženého řešení v provozním měřítku? Které klíčové metriky byste do takové analýzy zahrnul, aby bylo možné posoudit nejen separační účinnost, ale i dlouhodobou udržitelnost provozu?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová