První etapy byly zaměřené na experimenty s denitrifikující kulturu odebranou z aktivačních nádrží ČOV s vysokou denitrifikační aktivitou a tolerancí k přítomnosti sulfidů. Tyto experimenty se rozdělily na dva hlavní směry: suspenzní biomasa adaptovaná na nižší koncentrace dusičnanů obvyklých při čištění městských odpadních vod (pro zařazení systému do vodní linky čistírny) a imobilizovaná biomasy testovaná pro případy odděleného biologického odstraňování dusíku z koncentrovaných proudů odpadních vod. Dále byl detailně zmapován vliv vstupní koncentrace sulfidů a dusičnanů, jejich vzájemného poměru, kinetiky a stechiometrie studovaného procesu. Kinetika procesu a aktivity denitrifikační a desulfurizační kultury pro všechny varianty kvality vypíracích kapalin byly měřeny ve vsádkových laboratorních reaktorech s temperací, s možností odběru a analýz kapalné i plynné fáze. Paralelně byly zjišťovány možnosti vypírání sulfanu z bioplynu do médií. Jako vypírací kapalina byla zkoušena odpadní voda surová po mechanickém předčištění, odpadní voda vyčištěná nebo přímo aktivační směs z denitrifikační zóny aktivace. Dále byly zkoušeny různé podmínky ovlivňující vypírání sulfanu z bioplynu a změna kvality vypírací kapaliny.
Klíčovým úkolem třetí etapy byl návrh a konstrukce prototypu pilotního absorpčního reaktoru pro sulfan a provoz kontinuálního modelu simultánní desulfurizace a denitrifikace. Data vyhodnocená v předchozích etapách byla použita pro návrh a provoz laboratorního modelu. Experimenty prováděné v kontinuálním reaktoru byly zaměřeny na zhodnocení možnosti zlepšení reakčních rychlostí, dále na identifikaci vlivů jako objemové zatížení reaktoru i látkové zatížení biomasy a jejich vztah k reakčním rychlostem a složení koncových produktů. Byly vyhodnoceny vlastnosti směsné kultury ve vztahu ke schopnosti agregace, sedimentační rychlosti a mikrobiálního osídlení. Na základě zjištěných podmínek zachycování sulfanu z bioplynu byl navržen a zkonstruován prototyp pilotního absorpčního reaktoru pro sulfan.
Souběžně s řešením této problematiky byla uvedena do provozu pračka plynu, která sloužila k vypírání sulfanu z bioplynu. Účelem bylo získání nekontaminovaného bioplynu a sulfidické kapaliny pro následnou oxidaci rozpuštěných sulfidů autotrofní denitrifikační kulturou za přítomnosti oxidovaných forem dusíku. Pračka plynu s bioreaktorem pro autotrofní denitrifikaci byla navržena na konkrétní množství bioplynu v bioplynové stanici EPS-Nový Dvůr. V případě většího objemu bioplynu, či při vyšším sulfanem zatížení se dá zařízení složit z několika jednotek zajišťujících požadovanou kapacitu.
Na základě podkladů byl navržen systém odsiřovacího zařízení, jehož základem je kombinace absorpčního (vypírání sulfanu do vhodného vypíracího média) a biologického procesu, které probíhají odděleně. I přes vyšší investiční náklady u dvoustupňového systému je výhodou možnost návrhu velikosti a optimalizace technologických parametrů každého procesu zvlášť podle jeho potřeb, navíc odsířený bioplyn není kontaminován plynným dusíkem z denitrifikačního bioreaktoru.
Podrobné informace o konstrukci celého zařízení jsou uvedeny v projektové dokumentaci.
Výsledky a jejich využití
Hlavním výsledkem projektu je technologie simultánní desulfurizace a denitrifikace (EPS-DESDEN), která je kombinací absorpčních a biologických procesů ve dvoustupňovém systému. Absorpce probíhá v pračce plynu, kde je vypírací kapalinou odpadní voda nebo naředěná kapalná fáze digestátu s oxidovanými formami dusíku. Zachycený sulfan ve formě sulfidů v kapalině je veden podle podmínek aplikace buď do anoxické nádrže technologické linky ČOV, nebo do denitritační nádrže linky zpracování kapalné fáze digestátu na BPS, nebo do externího samostatného bioreaktoru s částečně imobilizovanou kulturou denitrifikujících bakterií, kde jsou oxidovány sulfidy a zároveň odstraňovány přítomné dusičnany.
Technologie EPS-DESDEN byla úspěšně ověřena dlouhodobými pokusy na modelovém zařízení, jak vyplývá z uvedených výsledků provozu a je ekonomicky výhodnou alternativou pro používané fyzikální a chemické způsoby externího odstraňování sulfanu z plynu, navíc v případě ČOV nahrazuje část organického substrátu pro denitrifikaci v technologické lince.
Dalšími výstupy projektu jsou: 2x užitný vzor, projektová dokumentace a publikace v odborných periodikách.
Aplikace technologie je vhodná na BPS nebo ČOV, kde je potřeba snížit koncentraci sulfanu v bioplynu na hodnotu vhodnou pro jeho energetické využití. Důvody mohou být specifické, např. charakter digestátu limitující použití
mikroaerace, vysoká koncentrace amoniakálního dusíku, který inhibuje sulfid - oxidující bakterie, nedostatečná účinnost stávajícího zařízení způsobená nevhodnou technologií nebo změnou podmínek, ekonomické důvody apod.
Zařízení k odstraňování sulfanu a dusičnanů může vypadat různě v závislosti na způsobu aplikace technologie. Základem je vypírání sulfanu ve vypírací kapalině v plynové pračce, takto získaný roztok se zachycenými sulfidy směřuje do anoxického bioreaktoru, ve kterém dochází prostřednictvím autotrofních denitrifikačních bakterií za přítomnosti oxidovaných forem dusíku k biologické oxidaci sulfidů. Anoxický bioreaktor může být samostatnou součástí odsiřovací jednotky nebo součástí technologické linky ČOV nebo BPS. Zde jsou uvedeny různé způsoby aplikace: na ČOV s využitím technologické linky, aplikace na ČOV se samostatným bioreaktorem, aplikace na BPS se zpracováním kapalné fáze digestátu, zjednodušená varianta spojením pračky s bioreaktorem. Další využití může tato technologie najít i při čištění průmyslových vod s vyšším obsahem sulfidů používaných nebo vzniklých ve výrobě, v tomto případě odpadá první stupeň (plynová pračka).
