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 andere 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 Produktionswasser entwickelt.

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Sektor

Der Öl- und Gasindustrie ist unter den zehn größten Wasserverbrauchern gelistet und verursacht eine erhebliche Wasserverschmutzung.

Die Öl- und Gasindustrie ist mit höheren Standards für den Umweltschutz und aufgrund des aktuellen Weltmarktes mit 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 Aufbereitung von auf Ölfeldern produziertem Abwasser auf Ölfeldern wird nun als Priorität angesehen.

Die Abwässer auf Öl- und Gasbohrfeldern können auf unterschiedliche Weise verunreinigt sein. Wir setzen unser bewährtes Modulsystem ein und wählen die eingesetzte Technologie mit einem Bewertungsverfahren aus, das immer auf die jeweilige Anforderung zugeschnitten ist.

Mit unserem Modulsystem haben wir weltweit Erfahrung in der Reinigung unterschiedlichster Abwassertypen. Wir sind Mitglied in den führenden Fachverbänden in Deutschland:

  • VDE-Verein Deutscher Technik Elektro-, Elektronik- und Informationstechnik e.V.
  • VDI-Verein Deutscher Ingenieure
  • ATV/DWA- Deutsche Vereinigung für Abwasserwirtschaft

Herausforderungen

Die Abwässer aus dem 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.

Die Eigenschaften des produzierten Wassers können wie folgt beschrieben werden;

Die üblichen Abwasserparameter zur Beurteilung der Wasserqualität bzw. der Effizienz der Aufbereitungstechnologie sind wie folgt: (verschiedene Analysen aus Sibirien, USA, Südamerika und dem Mittelmeerraum)

  • pH-Wert 4-7
  • Ölgehalt kann bis zu 1 g / l betragen, wird aber 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 180,00 mg / 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, d.h. 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 NaCl
  • Summe der suspendierten Feststoffe (total suspended solids TSS) zwischen 50 und 1000 mg/l
  • Temperatur 15 bis 35 Grad Celsius 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 z.B. Benzoesäuren
  • Dispergierte Kohlenwasserstoffe, Naphtha-Rückstände
  • Summenparameter für Sauerstoffbedarf
  • Chemisch (CSB)/ Biologisch (BSB) Diese 2 typischenSummenparameter für den Sauerstoffbedarf (chemischer Sauerstoffbedarf CSB, biologischer Sauerstoffbedarf BSB, meist in 5 Tagen bestimmt)Das Verhältnis dieser beiden typischen Summenparameter gibt einen Hinweis auf die Abbaubarkeit von Abwasser. BSB-Werte variieren von 500 bis 3000 mg / l, CSB-Werte unterscheiden sich von 2000 bis 20000 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), wie bereits besprochen
  • Uran, Thorium, Radium mit seinen Zerfallsprodukten sowie Radon Blei 210, Kalium 40, Polonium (teilweise gasförmig, besonders konzentriert in den Schlämmen und Ablagerungen, Frachten von bis zu 15000 Bequerel / Gramm, durchschnittliche Abfallfracht 100 Bq / g)

Lösung

Die Prozesstechnik ist eine Herausforderung. Es gibt keine allgemeingültige Prozesstechnik für die Aufbereitung von Abwasser aus Öl- und Gasfeldern. 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 (weitere Verschmutzung), kommt man zu dem Schluss, dass verschiedene Verfahrenstechniken kombiniert werden müssen.

Mechanische Reinigung

Ist notwendig, um leicht siebbare Stoffe aus dem System zu entfernen und um die nachgeschalteten Aggregate zu schützen. Meistens bereits in der Vorbehandlung für die Demulgatoren enthalten. Absetzbecken sind einfach, aber es werden nur suspendierte Feststoffe entfernt und der Platzbedarf ist hoch. Siebanlagen entfernen mechanisch alle Partikel, sie sind effektiver, sparen Platz, sind aber wartungsintensiver.

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ClearFox Ozon-Generator

Oxidation

Das Ziel der Oxidation ist es, reine Kohlenstoffverbindungen aus dem gelösten in den suspendierten Zustand zu bringen, um Verbindungen biologisch abbaubar zu machen, Schwermetalle zu oxidieren, organische und anorganische Bestandteile aus dem Abwasser zu entfernen. Ist mehr oder weniger universell einsetzbar und immer 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 Druckluft für die Oxidation mit hohem Druck im Wasser übersättigt und die Temperatur erhöht. Erfordert Reaktionsvolumen und teuren Behälterbau. In beiden Fällen muss das Abwasser für die nachfolgenden Prozesse nachbehandelt werden, Ozon erfordert hohe Sicherheitsvorschriften und der Strombedarf ist hoch.

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ClearFox AEO (Fortgeschrittene Elektro-Oxidation)

Bei der weitergehenden elektrischen Oxidation (electrical advanced oxidation process EAOP) wird ein Potential zwischen zwei oberflächenbeschichteten Elektroden angelegt, es werden keine Chemikalien zugegeben, der Prozess ist drucklos, es wird nur Wasserstoff erzeugt, die Oxidation erfolgt an der Oberfläche oder indirekt durch Radikalbildung. Das Elektrodenmaterial muss an die Herausforderung (Schwermetalle, NORM, CSB, AOX, etc.) angepasst werden.

Die Anfangsinvestition kann bei hochwertiger Ausstattung wie mit Bor-dotierten Diamantelektroden hoch sein. Die Stromkosten sind moderat, bei gut leitfähigem Abwasser sinkt der Stromverbrauch. Kann für fast alle Verunreinigungen im anfallenden Abwasser verwendet werden, bis hin zu Abwässern, die zur direkten Einleitung benötigt werden.

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AEO-Test

Druckentspannungsflotation (DAF) / mit Fällung (DAP)

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 insbesondere bei anfallenden Abwässern als Standardtechnologie notwendig, um nachfolgende Prozessschritte zu entlasten. Rückstände sind die abgeschiedenen / ausgefällten ungelösten Stoffe, die im Abwasser enthalten sind. Die Investitionskosten sind gering, die Art der Schlammbeseitigung bestimmt die Betriebskosten.

Chemische Behandlung (Fällung, Hydroxidbildung)

Zugabe von Fällungsmitteln zur gezielten Bindung von wasserunlöslichen Stoffen (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 die 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 innerhalb der Systemkomponenten gibt.

Mikrofiltration (Sand-Anthrazit, Filtertrommeln)

Je nach Filtrationsgrad als Filtertrommeln oder mehrschichtige Sandfilter (Anthrazit) zur Entfernung von Schwebstoffen (z. B. aus der Fällung). Geringe Investitionskosten, relativ einfach, bei hohen NORM – Konzentrationen müssen Senken vermieden werden.

Biologische Behandlung (aerob)

Geeignete Mikroorganismen oxidieren und reduzieren Kohlenstoff und Stickstoff. Diese müssen unter geeigneten Milieubedingungen (Sauerstoff, keine Hemmstoffe, Sauerstoff vorhanden, Nährstoffe) lange genug mit dem Abwasser in Kontakt sein. Für das anfallende Abwasser ist ein sehr hohes Schlammalter (hohe Keimkonzentration ) erforderlich. Dies kann nur mit sessilen Verfahren (FBR) oder mit erhöhter 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 anfallenden Abwasser. Sehr hoher Platzbedarf für Reaktionsvolumen (nur in seltenen Fällen für Offshore möglich). Geringe Rückstände, sehr geringe Betriebskosten, Investitionskosten je nach Behälterbedarf, meist moderat, nur bei biologischer Abbaubarkeit einsetzbar.

Abwasserreinigung

ClearFox FBR with halophine bacteria

Grundsätzlich kann man das anfallende Abwasser mit speziell gezüchteten Organismen oder konzentrierten Bakterien beimpfen oder die natürlich im System vorkommenden 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, das Abwasser ist abbaubar, 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 sind ideal für die Behandlung von Produktionsabwässern.

Sequencing Batch (SBR)-Reaktoren und MBR-Reaktoren sind nicht ideal, da die freischwimmenden Organismen nur unzureichend EPS aufbauen und 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 die anfallenden Abwässer sehr gut geeignet, jedoch nur in kleinen Mengen, da der Platzbedarf die Kosten übersteigt.

Grundsätzlich sind biologische Verfahren für Abwässer aus der Öl- und Gasindustrie zu bevorzugen, 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 40-60.000 mg / l NaCl) verdünnt werden muss, um den halophilen Bakterien das richtige Milieu zu bieten

Ultrafiltration, Nanofiltration, Umkehrosmose
Alle werden eingesetzt, um feine Schwebstoffe zu entfernen, die aus vorangegangenen Schritten stammen oder bereits im Abwasser enthalten 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 erhöht.

Je nach Prozessanforderung kann sie aber in Verbindung mit bisherigen Technologien eine gute Option sein, um das Abwasser über den direkten Filtrationsweg auf eine 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. 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 zugesetzt werden, um ein Fouling der Membran zu verhindern.

ClearFox-Aktivkohle nach Fuzzy-Filtration und DAP

ClearFox-Aktivkohle nach Fuzzy-Filtration und DAP

Adsorption und Ionenaustausch
Bei kleinen Mengen und bei der Wahl der richtigen Materialien ist eine selektive Entfernung vieler Inhaltsstoffe möglich. Erfordert gute Vorbehandlung, moderate Investitionskosten, Betriebskosten können extrem hoch sein. Meist nur als Teilstrom zur vollständigen Aufreinigung 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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