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Öl- und Gasindustrie

In der Öl- und Gasindustrie fallen erhebliche Mengen an Abwasser aus vor- und nachgelagerten Aktivitäten an, die behandelt werden müssen. Abwasser aus der Öl- und Gasförderung und anderen Abwasserquellen müssen gereinigt und behandelt werden, bevor sie in die Umwelt gelangen, da sie stark verschmutzt sein können. ClearFox® hat eine Reihe von modularen Lösungen für die Behandlung von Produktionsabwasser entwickelt.

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Sektor

Die Öl- und Gasindustrie ist unter den zehn größten Wasserverbrauchern der Welt gelistet und verursacht eine erhebliche Wasserverschmutzung. Zudem ist die Öl- und Gasindustrie mit höheren Standards für den Umweltschutz und niedrigeren Preisen konfrontiert. Die Umweltsituation wird durch den Wassermangel an den meisten Bohrstellen noch verschärft. An vielen Standorten werden die Abwässer nicht ausreichend behandelt, um den örtlichen Vorschriften zu entsprechen. Die Abwasseraufbereitung auf Ölfeldern wird nun als Priorität angesehen.

Die Abwässer der Öl- und Gasindustrie können auf unterschiedliche Weise verunreinigt sein. Wir setzen unser bewährtes Modulsystem ein, welches immer auf die jeweilige Anforderung zugeschnitten ist.

Mit unserem Modulsystem für die Öl- und Gasindustrie haben wir weltweit Erfahrungen in der Reinigung unterschiedlicher Abwassertypen gesammelt. Wir sind Mitglied in den führenden Fachverbänden Deutschlands:

Herausforderungen

Die Abwässer aus der Öl- und Gasindustrie sind in ihrer Menge und Schmutzfracht sehr unterschiedlich. Dies hängt von vielen Faktoren ab. Je nach geologischem Aufbau des Untergrundes und Alter des Bohrlochs können sich diese Abwässer in Art und Konzentration der Inhaltsstoffe erheblich unterscheiden. So muss für jeden Fall eine spezifische Lösung konzipiert werden. Durch den Einsatz unserer modularen Prozesstechnologien können wir Module für jede Durchflussmenge, jede Schmutzfracht und jede Abwasseranforderung anpassen.

Das produzierte Abwasser kann folgende Eigenschaften aufweisen:

  • pH-Wert 4-7
  • Der Ölgehalt kann bis zu 1 g / l betragen. Das Öl wird meist vorher aus dem produzierten Wasser entfernt, da es der eigentliche Wertstoff ist.
  • Salzkonzentration (Salinität). Die Salinität ist ein typisches Merkmal des produzierten Wassers. Es kann über 180 mg Salz / l enthalten. Dies ist meist am TDS zu erkennen, der im Wesentlichen aus Natriumchlorid besteht. Auch der Chloridgehalt ist ein wichtiger Indikator. Viele Produktionswässer gelten als hypersalin – mit Salz übersättigt.
  • wastewater treatment for Oil and Gas IndustrySumme der gelösten Feststoffe (total dissolved solids – TDS)bis zu 300.000 mg/l, hauptsächlich verursacht durch Natriumchlorid
  • Summe der suspendierten Feststoffe (total suspended solids TSS) zwischen 50 und 1000 mg/l
  • Temperatur zwischen 15 und 35 Grad Celsius, das ist regional abhängig
  • Kohlenwasserstoffe (aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe KW)
  • Flüchtige, aromatische Kohlenwasserstoffe (BTEX, Summe aus Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Xylol) und polyzyklische, aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK)(PAK und Alkylphenole sind im Abwasser nicht so gut löslich, daher befinden sie sich oft im dispergierten Öl, das heißt in kleineren Öltropfen suspendiert. Die Menge hängt von den Vorbehandlungen und der Art des Brunnens ab).
  • Organische Säuren wie Benzoesäuren
  • Dispergierte Kohlenwasserstoffe, Naphtha-Rückstände
  • Summenparameter für Sauerstoffbedarf
  • Chemisch (CSB)/ Biologisch (BSB). Diese 2 typischen Summenparameter für den Sauerstoffbedarf (chemischer Sauerstoffbedarf CSB, biologischer Sauerstoffbedarf BSB, meist in fünf Tagen bestimmt). Das Verhältnis dieser beiden typischen Summenparameter gibt einen Hinweis auf die Abbaubarkeit von Abwasser. BSB-Werte variieren von 500 bis 3.000 mg / l, CSB-Werte unterscheiden sich von 2.000 bis 20.000 mg / l
  • Stickstoff, Phosphor (nur in Spuren im Verhältnis zum Kohlenstoff zu sehen, kann aber einen Überschuss an Stickstoff enthalten, der bei einigen Direkteinleitungen entfernt werden muss)
  • Sulfide, abhängig vom Einleitwasser
  • Schwermetalle (Bor, Cadmium, Kupfer, Quecksilber, Eisen und vieles mehr)
  • Radioaktive Stoffe (naturally occuring radioactive material NORM, technisch angereichert)
  • Uran, Thorium, Radium mit seinen Zerfallsprodukten sowie Radon Blei 210, Kalium 40, Polonium (teilweise gasförmig, besonders konzentriert in den Schlämmen und Ablagerungen, Frachten bis zu 15.000 Bequerel / Gramm, durchschnittliche Abfallfracht 100 Bq / g)

Lösung

Die Prozesstechnik ist eine Herausforderung. Es gibt keine allgemeingültige Technik für die Aufbereitung von Abwasser aus der Öl- und Gasindustrie. Natürlich stellen die Hersteller ihr eigenes Produkt immer so dar, als wäre es ein Allheilmittel. Bewertet man nach Kriterien wie Reinigungsleistung, Platzbedarf, Betriebskosten, Investitionskosten sowie Nachhaltigkeit, kommt man zu dem Schluss, dass verschiedene Verfahrenstechniken kombiniert werden müssen.

Mechanische Reinigung in der Öl- und Gasindustrie

Die mechanische Reinigung ist in der Öl- und Gasindustrie notwendig, um leicht siebbare Stoffe aus dem System zu entfernen und die nachgeschalteten Aggregate zu schützen. Meist ist diese Art der Reinigung bereits in der Vorbehandlung für die Demulgatoren enthalten. Absetzbecken sind zwar einfach in der Anwendung, es werden aber nur Schwebstoffe entfernt und der Platzbedarf ist hoch. Siebanlagen entfernen mechanisch alle Partikel, sind effektiver und sparen Platz. Der Wartungsaufwand ist jedoch höher.

Oxidation in der Öl- und Gasindustrie

Öl- und Gasindustrie Abwasserreinigungssystem

Öl- und Gasindustrie Abwasserreinigungssystem

Ziel der Oxidation ist, reine Kohlenstoffverbindungen vom gelösten in den suspendierten Zustand zu bringen. Dies macht Verbindungen biologisch abbaubar, lässt Schwermetalle oxidieren sowie organische und anorganische Bestandteile aus dem Abwasser der Öl- und Gasindustrie entfernen. Diese Anwendung ist oft universell einsetzbar und immer für ein ausgezeichnetes Ergebnis geeignet. Im typischen Verfahren sind starke Oxidationsmittel wie Ozon, Wasserstoffperoxid mit und ohne UV-Lichterweiterung (z. B. Fenton-Verfahren) notwendig.

Bei der katalytischen Nassoxidation wird Luft mit hohem Druck im Wasser übersättigt und die Temperatur erhöht. Dies erfordert ein hohes Reaktionsvolumen und damit einen teuren Behälterbau. In diesem Fall muss das Abwasser der Öl- und Gasindustrie für die folgenden Prozesse nachbehandelt werden. Zudem erfordert Ozon hohe Sicherheitsvorschriften und der Strombedarf ist enorm.

Öl- und Gasindustrie Abwasserbehandlung

Öl- und Gasindustrie Abwasserbehandlung

Bei der fortgeschrittenen elektrochemischen Oxidation / Reduktion (AEO) wird ein Potential zwischen zwei oberflächenbeschichteten Elektroden angelegt. Es werden keine Chemikalien zugegeben, der Prozess ist drucklos, ungefährlich und nicht explosiv. Zudem findet die Oxidation an der Oberfläche oder indirekt durch Radikalbildung statt. Die Dotierung des Elektrodenmaterials muss an die Herausforderung (Schwermetalle, NORM, CSB, AOX, etc.) angepasst werden.

Die Anfangsinvestition (z. B. Diamantelektrode mit Bor-Dotierung, BDD-Elektrode) kann bei hochwertiger Dotierung groß sein. Die Stromkosten sind moderat, zudem sinkt bei gut leitfähigem Abwasser der Stromverbrauch. Dieses Verfahren ist Einsetzbar, um fast alle Verunreinigungen im anfallenden Abwasser der Öl- und Gasindustrie abzufangen. Bei direkter Einleitung wird ein höherer Abwasseranteil benötigt.

ClearFox® ECAO Test

ClearFox® ECAO Test

Druckentspannungsflotation (DAF) / mit Niederschlag (DAP) in der Öl- und Gasindustrie

Die Flotation (in Verbindung mit Fällung und Flockung) hat einen sehr hohen physikalischen Trenneffekt, insbesondere bei Ölen oder Emulsionen, die zuvor aufgespalten wurden. Dies ist in der Öl- und Gasindustrie insbesondere bei anfallenden Abwässern als Standardtechnologie notwendig, um nachfolgende Prozessschritte zu entlasten. Rückstände sind die abgeschiedenen, ungelösten Stoffe, die im Abwasser enthalten sind. Die Investitionskosten sind gering, die Art der Schlammbeseitigung bestimmt die Betriebskosten.

Chemische Behandlung (Ausfällung, Hydroxidbildung) in der Öl- und Gasindustrie

Bei der chemischen Behandlung werden Fällungsmittel zur gezielten Bindung von im Wasser unlöslichen Stoffen zugegeben (Schwermetalle, CSB, Phosphor), die dann entfernt werden müssen (Flockung, Flotation, Filtration). Die Investitionskosten sind vernachlässigbar, die Technik ist einfach. Mit der Zugabe von chemischen Stoffen fällt immer mehr Schlamm an, da Verbindungen entstehen. Die Kosten für die Chemikalien können die Betriebskosten extrem erhöhen. Der entstehende Schlamm kann Verbindungen enthalten, die toxisch sind. Bei hohen NORM-Konzentrationen muss das System so ausgelegt sein, dass es keine Ablagerungen oder chemische Senken in den Systemkomponenten gibt.

Mikrofiltration (Sand-Anthrazit, Filtertrommeln) in der Öl- und Gasindustrie

Bei der Mikrofiltrarion kommen, je nach Filtrationsgrad, Filtertrommeln oder mehrschichtige Sandfilter (Anthrazit) zur Entfernung von Schwebstoffen zum Einsatz. Dabei fallen geringe Investitionskosten an und die Installation ist relativ einfach. Zudem müssen bei hohen NORM – Konzentrationen Senken vermieden werden.

Biologische Behandlung (aerob) in der Öl- und Gasindustrie

Geeignete Mikroorganismen oxidieren und reduzieren Kohlenstoff und Stickstoff. Diese müssen unter geeigneten Milieubedingungen (Sauerstoff, keine Hemmstoffe und Nährstoffe) lange genug mit dem Abwasser der Öl- und Gasindustrie in Kontakt sein. Für das anfallende Abwasser ist ein sehr hohes Schlammalter (hohe Keimkonzentration ) erforderlich. Dies kann nur mit sessilen Verfahren (FBR) oder einer erhöhten Schlammkonzentration, durch Durchleiten des Wassers durch Membranen (MBR), erreicht werden.

Je nach Salzgehalt sinkt die biologische Aktivität, das Abwasser muss entweder verdünnt oder größer ausgelegt werden. Halophile Bakterien reduzieren den BSB und damit die CSB-Fracht im produzierten Abwasser. Dabei entsteht ein sehr hoher Platzbedarf für das Reaktionsvolumen (nur in seltenen Fällen im Offshore-Bereich möglich). Geringe Rückstände, sehr geringe Betriebskosten, Investitionskosten je nach Behälterbedarf, meist moderat, nur bei biologischer Abbaubarkeit einsetzbar.

Öl- und Gasindustrie Abwasserbehandlungssystem

ClearFox® FBR mit halophilen Bakterien

Grundsätzlich kann man das anfallende Abwasser der Öl- und Gasindustrie mit speziell gezüchteten Organismen oder konzentrierten Bakterien beimpfen oder die, im System natürlich vorkommenden Bakterien erhöhen. Dies erfordert eine lange Anlaufphase, ist aber sicherer und dauerhaft mit null Kosten verbunden. In jedem Fall muss aber vorher der BSB nachgewiesen werden, damit das Abwasser abbaubar ist. Die Verfügbarkeit beim TOC und das Verhältnis des chemisch oxidierbaren zum biologisch oxidierbaren sind ausreichend für einen wirtschaftlichen Prozess. Getauchte Festbettreaktoren (FBR) sind sehr aufwendig zu bauen, aber kaskadierte Reaktoren sind ideal für die Behandlung von Abwässern aus der Öl- und Gasindustrie.

Sequenzielle Biologische Reinigung (SBR) und MBR sind nicht ideal, da die freischwimmenden Organismen nur unzureichend EPS aufbauen und daher nur Monokulturen bilden. Membranbioreaktoren (MBR) sind wie eine Kombination aus Belebtschlammbiologie und Filtration durch Membranen. Die Investitionskosten sind gering, aber durch den hohen Vorreinigungsgrad bei anfallenden Abwässern nur bedingt nutzbar. Membranbeständigkeit und gute Flockenbildung in der Biologie sind die Voraussetzungen für einen stabilen Betrieb. Tropfkörper sind für das anfallende Abwasser sehr gut geeignet, jedoch nur in kleinen Mengen nutzbar, da der Platzbedarf die Kosten übersteigt.

Grundsätzlich sind biologische Verfahren für Abwässer aus der Öl- und Gasindustrie zu favorisieren, wenn mit geringem Aufwand eine hohe Wirkung erzielt werden soll und die biologische Abbaubarkeit vorher geprüft wurde. Dies ist in der Regel auch dann gerechtfertigt, wenn das Abwasser auf niedrigere Salzkonzentrationen (bis zu 60.000 mg / l NaCl) verdünnt werden muss, um den halophilen Bakterien das richtige Milieu zu bieten

Ultrafiltration, Nanofiltration, Umkehrosmose in der Öl- und Gasindustrie

Alle Verfahren werden eingesetzt, um feine Schwebstoffe zu entfernen, die aus vorangegangenen Schritten stammen oder bereits im Abwasser waren. Die Ultrafiltration (abhängig von der Abtrennung der Membran) konkurriert mit der einfachen Mikrofiltration. Bei jedem anfallenden Wasser muss auf die erzielbare Wirkung und den Aufwand geachtet werden. Dieser muss in einem angemessenen Verhältnis stehen. Die Nanofiltration hat hohe Investitionskosten, die Betriebskosten sind höher.

Je nach Prozessanforderung kann dieses Verfahren in Verbindung mit bisherigen Technologien eine gute Option sein, das Abwasser der Öl- und Gasindustrie über den direkten Filtrationsweg auf Ablaufqualität zu bringen. Auf den ersten Blick eignet sich die Umkehrosmose als universelle Trennmöglichkeit für fast alle Inhaltsstoffe im produzierten Wasser. Allerdings lohnt sich die Umkehrosmose hier meist nur, wenn ein Teilstrom für die menschliche Nutzung aufbereitet werden soll.

Hohe Salzgehalte reduzieren in der Regel die Menge. Die Umkehrosmose erfordert eine gute Vorbehandlung (meist Biologie + Nanofiltration) und ist sehr teuer in Investition und Betrieb (Chemikalien, Membranen). Um die Fluxraten hoch zu halten, müssen Chemikalien zugegeben werden, um ein Fouling der Membranen zu verhindern.

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ClearFox®-Aktivkohle nach Fuzzy-Filtration und DAP

Adsorption und Ionenaustausch in der Öl- und Gasindustrie

Bei kleinen Mengen und bei Auswahl der richtigen Materialien ist eine selektive Entfernung vieler Inhaltsstoffe möglich. Dies erfordert eine gute Vorbehandlung. Obwohl die Investitionskosten moderat sind, können die Betriebskosten extrem hoch sein. Dies ist meist nur als Teilstrom zum Polieren geeignet.

Die Prozesstechnik

Vergleich von Prozesstechnologien für produziertes Wasser

ProzessCapexOpexStabilität  SekundärverschmutzungEffizienz Platzbedarf
Mechanische Aufbereitung++++++++++
DAP+++++++
DAF+++++++
Chemische Fällung++++++++
Oxidation allgemein++++++
Ozone,Kat-nass++++++++++++
AEO++++++++++++
Biologische Behandlung++++++++
Ultrafiltration/Nano++++++++
ROA (Osmose)++++++
Mikro/Sand Antracit-Filtern++++++++++++++
Adsorption AC+++++

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