V první fázi projektu došlo k vytvoření komplexního informačního souboru týkající se problematiky biologického odsiřování bioplynu. Na počátku experimentálních prací byli hledáni zástupci aerobních či fakultativně anaerobních prokaryotních a eukaryotních mikroorganismů s příslušnými metabolickými schopnostmi, získané z materiálů, kde se tyto mikroorganismy s největší pravděpodobností vyskytují. Jednalo se zejména o místa s předpokladem obsahu sulfid-oxidujících bakterií (SOB) – bioreaktory dvou plynových stanic. Z těchto bioreaktorů byl odebrán fermentační kal, který posloužil jako substrát pro následující izolaci.
EPS, s.r.o. se zabývala zejména namnoženými izoláty sirných bakterií, které byly získány z fermentačního kalu bioplynových stanic v Třeboni a Novém Dvoře (Kunovice). Na pracovišti VŠCHT Praha se pracovalo se směsnými kulturami mikroorganismů pocházejících z následujících zdrojů – aktivovaný kal ÚČOV Praha, aktivovaný kal ČOV Jindřichův Hradec, anaerobně fermentovaný kal ČOV Česká Lípa. Experimenty zahrnovaly dva hlavní směry výzkumu – využití suspenzní a biofilmové mikrobiální populace. Současně provedena korelace obsahu prekurzorů sulfanu v surovém bioplynu s ohledem na reálné podmínky bioplynové stanice EPS-Nový Dvůr tak, aby bylo možné predikovat, jaké koncentrace sulfanu by měly být v rámci konstruovaného odsiřovacího zařízení řešeny.
Laboratorní patrový bioreaktor s protiproudem sloužil k popisu růstových a metabolických požadavků kultury, ale i k ověření technické funkce reaktoru a sledování schopnosti mikrobiální suspenze tvořit biofilm. Dále proběhla optimalizace složení vypíracího média s cílem zjistit kinetiku absorpce, změnu pH a KNK během absorpce, rychlost reakce v závislosti na alkalitě vypíracího média, rozpouštění CO2 – vliv na alkalitu, křivku nárůstu koncentrace sulfidů během vypírání – limity kolony, kdy dochází k průniku, ověření bilancí.
Další fázi projektu předcházelo nalezení takového typu nosiče, který bude svým charakterem nejlépe splňovat základní požadavky biologické (kolonizovatelnost) i technologicko-ekonomické (distribuce kyslíku v biofilmu, dobrý poměr výkon/cena, odolnost). Následně byly sestrojeny kapacitně větší mezistupně zařízení, které vedly k prototypu provozního zařízení. Provozováním těchto mezistupňů bylo možné optimalizovat chod zařízení a odstranit případné provozní nedostatky.
Další experimenty byly zaměřeny na technické řešení biologické oxidace sulfanu - odstranění sulfidické síry, jejíž zdroj může být sulfan v plynu, a to buď jako znečištění vzduchu při deodorizaci, nebo jako nežádoucí složka energetických plynů - bioplynu, skládkových plynů, zemních plynů nebo lehkých topných plynů. Proces desulfurizace zahrnuje dva kroky, absorpce sulfanu do kapaliny a následná oxidace sulfid-oxidujícími bakteriemi (SOB). Technologické uspořádání těchto dvou stupňů procesu může mít mnoho podob, absorpce i oxidace mohou probíhat simultánně v jednom reaktoru nebo odděleně ve dvou zařízeních (pračce plynu a bioreaktoru).
V poslední fázi projektu byl na základě podkladů získaných při řešení předcházejících etap navržen prototyp odsiřovacího zařízení. Odsiřovací jednotka byla navržena na konkrétní množství bioplynu s množstvím sulfanu, které je běžně obtížné odstranit bez použití odsiřovacího zařízení. Při vyšším objemu bioplynu, či vyšším zatížení bude odsiřovací modul složen z několika jednotek zajišťujících požadovanou kapacitu. Odsiřovací systém sestává z 2 ks reaktorů, z nichž jeden slouží pro biologický proces a druhý pro fyzikálně chemický proces.
Bližší popis je uveden v projektové dokumentaci.
Výsledky a jejich uplatnění
Hlavními výsledky projektu jsou prototyp zařízení popsaný v projektové dokumentaci, užitný vzor (Metodika pro izolaci a funkční charakterizaci bakterií oxidujících sirné sloučeniny) a ověřená technologie EPS–BIODESULFO (Biologická eliminace sulfanu z plynu). Užitný vzor řeší nedostatky v práci s technickým konsorciem sulfid-oxidujících bakterií, jeho charakterizaci a izolaci jako výchozího předpokladu pro následnou bioaugmentaci. Metoda charakterizace a izolace SOB je dále založena na současném použití striktně organotrofního agarového média, fakultativně lithotrofního agarového média a kontrolního organotrofního agarového média pro nesirné bakterie.
Technologie EPS–BIODESULFO je založena na absorpci sulfanu z bioplynu do vhodného alkalického vypíracího média v absorbéru. Takto získaný roztok sulfidů směřuje do bioreaktoru, ve kterém dochází prostřednictvím bakteriálních kmenů sulfid-oxidujících bakterií a přívodu vzdušného kyslíku k oxidaci sulfidů na elementární síru nebo na vyšší oxidační produkty síry. Odstraněním sulfidů se zregeneruje vypírací kapalina, která je opět vedena do absorbéru.
Nabídka samostatného zařízení na biologické odsiřování bioplynu vyplní prázdné místo na trhu. Dostupné tržní prostředí nedisponuje samostatnou nabídkou těchto zařízení, dodávky jsou prováděny pouze v rámci komplexní objednávky celé bioplynové stanice a pohybují se v neúměrně vysokých cenových hladinách.
