Abwasserbehandlung im Öl- & Gassektor

Weiterentwicklung der Abwasserbehandlung im Öl- und Gassektor

Fortschrittliche elektrochemische Oxidation mit Bor-dotiertem Diamant (BDD AEOP)

Die Öl- und Gasindustrie steht vor wachsenden Herausforderungen bei der Abwasserbehandlung. Vor- und nachgelagerte Prozesse erzeugen komplexe Abwasserströme, die hohe Mengen an Kohlenwasserstoffen, Schwermetallen und persistenten organischen Verbindungen enthalten. Verfahren wie die biologische oder chemisch-physikalische Behandlung stoßen dabei an ihre Grenzen. Aktivkohle und Ionenaustausch sind zwar wirksam, verursachen aber hohe Betriebskosten.

Das DiOx-System der PPU Umwelttechnik GmbH bietet mit der elektrochemischen Oxidation (AEOP) auf Bor-dotiertem Diamant (BDD) eine innovative Lösung. Dieser Artikel untersucht die Herausforderungen der Abwasserbehandlung, die Grenzen bestehender Technologien und die Vorteile der DiOx BDD AEOP. Anhand von Fallstudien zu Frac-Flowback-Wasser und Laugebehandlung in Raffinerien verdeutlicht er das Potenzial dieser Technologie.

Abwasser in der Öl- und Gasindustrie

Herausforderungen im vorgelagerten Bereich

Vorgelagerte Prozesse wie Hydraulic Fracturing (Fracking) und Rohölförderung erzeugen stark belastetes Abwasser. Frac-Flowback-Wasser enthält hohe Mengen an gelösten Salzen (>180.000 mg/l), Kohlenwasserstoffe, Schwermetalle wie Barium und Arsen sowie organische Verbindungen wie Benzol, Toluol, Ethylbenzol und Xylole (BTEX). Zusätzlich sind Reste von Fracking-Chemikalien, Bioziden und radioaktiven Stoffen (NORM) enthalten. Die variable Zusammensetzung macht biologische Behandlungsmethoden nahezu unmöglich. Physikalische Verfahren wie die Druckentspannungsflotation (DAF) können gelöste Schadstoffe nicht entfernen.

Herausforderungen im nachgelagerten Bereich

Raffinerien und petrochemische Anlagen produzieren Abwasser mit hohem chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) von 20.000 bis 300.000 mg/l. Laugeströme enthalten Sulfide, Mercaptane und phenolische Verbindungen. Sie weisen einen pH-Wert von über 12 und hohe Temperaturen auf, was die Behandlung erschwert. Nassluftoxidationssysteme (WAO) sind zwar effektiv, können aber hohe Betriebskosten verursachen und stoßen an Kapazitätsgrenzen.

Grenzen herkömmlicher Technologien

Physikalische und biologische Methoden

Verfahren wie DAF und keramische Mikrofiltration entfernen Partikel und emulgierte Öle, versagen jedoch bei gelösten organischen und anorganischen Schadstoffen. Biologische Systeme sind kostengünstig, aber durch den hohen Salzgehalt und die toxischen Bestandteile in vielen Abwässern nicht einsetzbar.

Hohe Kosten fortschrittlicher Verfahren

Aktivkohle- und Ionenaustauschsysteme erfordern häufigen Medienwechsel. Das führt zu hohen Kosten und erzeugt Sekundärabfälle. Umkehrosmose (RO) verstopft bei hohem Salzgehalt, wodurch aufwendige Vorbehandlungen nötig sind.

Das DiOx BDD AEOP-System: Mechanismus und Vorteile

Technologieüberblick

Das DiOx-System nutzt Bor-dotierte Diamantelektroden, um durch Wasserelektrolyse Hydroxylradikale (· OH) zu erzeugen. Diese Radikale oxidieren organische Schadstoffe zu CO₂ und H₂O und wandeln anorganische Verbindungen wie Sulfide in Sulfate um. Die wichtigsten Komponenten sind:

BDD-Elektroden: Widerstandsfähig gegen Korrosion und Verschmutzung
Modulare Reaktoren: Anpassbare Stacks mit Durchflussraten von 0,5 bis 500 m³/Tag
Automatisierte Steuerungen: Echtzeitüberwachung von pH-Wert, Leitfähigkeit und Redoxpotential

Vorteile gegenüber anderen Verfahren

Kein Chemikalieneinsatz: Im Gegensatz zu Ozonierung oder Fenton-Prozessen sind keine Zusatzstoffe erforderlich.
Hohe Effizienz: Entfernt >95 % des CSB, auch bei PFAS und Dioxinen.
Schlammfreier Betrieb: Keine Sekundärabfälle, geringere Entsorgungskosten.

Fallstudien

Frac-Flowback-Wasser in Saudi-Arabien

Eine Vorbehandlung mit keramischen Membranen entfernte 99 % der Feststoffe, Öle und Bakterien. Der CSB blieb jedoch bei 2.000 mg/l. Die nachfolgende DiOx-Behandlung reduzierte diesen auf <100 mg/l. BTEX-Verbindungen waren nicht mehr nachweisbar. Die Oxidation war vollständig steuerbar, lediglich die Dauer variierte.

Laugeströme in Raffinerien

Raffinerien im Nahen Osten haben Kapazitätsprobleme mit WAO-Systemen. Ein Test mit DiOx zeigte, dass >90 % der Sulfide in Sulfate umgewandelt und der CSB um >85 % reduziert wurde. Dies ermöglichte eine sichere biologische Nachbehandlung. Der Energieverbrauch war geringer als bei WAO, wodurch die Betriebskosten sanken. Zudem entfiel der Bedarf an Hochdruckreaktoren, was die Sicherheit erhöhte.

Wastewater treatment system for Saudi Arabia ClearFox®

Synergien mit keramischen Membranen

Eine Kombination aus Membranfiltration und DiOx verbessert die Prozessleistung. Membranen entfernen Feststoffe, die die Elektroden verschmutzen könnten, während DiOx gelöste organische Schadstoffe abbaut. Diese Kombination eignet sich besonders für Frac-Wasser.

Vorteile von DiOx

Modulare Skalierbarkeit: Containerisierte Einheiten können auf abgelegenen Ölfeldern eingesetzt werden.
Hohe Anpassungsfähigkeit: Bewältigt variable Zuflüsse ohne Effizienzverlust.

Einhaltung strenger Umweltauflagen: Hält Grenzwerte für Schwermetalle (<0,1 mg/l Arsen) und Kohlenwasserstoffe ein.

Fazit

Die PPU Umwelttechnik GmbH setzt DiOx-Systeme in verschiedenen Projekten ein. Kooperationen mit Entsorgungs- und Serviceunternehmen fördern die Integration in bestehende Wasserwirtschaftssysteme.

Das DiOx BDD AEOP-System revolutioniert die Abwasserbehandlung in der Öl- und Gasindustrie. Es überwindet die Schwächen herkömmlicher Technologien, indem es ohne Chemikalien oder Sekundärabfälle arbeitet und selbst persistente Schadstoffe vollständig abbaut. Die steigende Nachfrage nach Wasserwiederverwendung und Zero-Liquid-Discharge (ZLD) wird die Verbreitung von DiOx weiter vorantreiben und Abwasser von einer Belastung in eine wertvolle Ressource verwandeln.

Mehr Abwasser für weniger Geld