Lösungen für industrielles Abwasser der Öl & Gas Industrie

Abwasser Probleme in der Öl & Gas Industrie

Die Öl und Gasindustrie schafft die Grundlage für viele nachfolgende Industriezweige. Jedoch ist dieser Industriezweig weltweit unter den 10 grössten Wasserverschmutzern. Die Ölindustrie ist konfrontiert mit sinkenden Ölpreisen, versiegenden  Ölfelder, höheren Umweltstandards und seit Corona mit fallenden Preisen.

Die Situation ist weiter verschärft aufgrund von Wassermangel an den meisten Bohrstandorten.  An vielen Standorten wird das Abwasser nicht oder nur ungenügend aufbereitet. Die Abwasserreinigung an Ölfeldern ist mittlerweile dringend notwendig.

Es ist üblich in dieser Branche, dass die Maßnahmen für Umweltschutz und Ressourcen Management garantiert werden müssen und für allem für jeden Umweltaktivisten klar transparent nachvollziehbar sein.

API und ISO Standard für Öl & Gas

Kurz und knapp ist es eine Herausausforderung wirtschaftliche Lösungen für Umweltschutz und nachhaltige Ressourcenschonung zu finden. ClearFox (PPU Umwelttechnik GmbH) hat sich dieser Aufgabe gestellt und bietet international Lösungen dafür an.

Zum Erstellungsdatum dieses Artikels sind wir neuen Wege hinsichtlich Standardisierung gegangen, wir bereiten uns vor, die folgenden Normen fachspezifisch umzusetzen:

Qualitätsnorm für Produkte und Serviceleistungen. ISO 29001 Öl und Gas, in enger Anlehnung an das API (amerikanisches Petroleum Institute), welche sich auch auf die Lieferanten für diesen Industriezweig bezieht. Sie soll die Sicherheit und Qualität von Produkten sowie Dienstleistungen an die Öl und Gas Industrie sicherstellen.

Die Basis für eine akkreditierte Zertifizierung bildet die DIN EN ISO 9001, die ISO 29001 ist eine Ergänzung für Unternehmen die in der Lieferkette der Öl und Gas Industrie steht.

Einerseits nutzen wir renommierte Technologien, die wir schon seit Jahren erfolgreich im Einsatz haben und nachweislich erprobt sind. Weiterhin müssen aber auch neue Denkweisen nachverfolgt werden.

Das Ziel ist einfach definiert: Hoher Qualitätsstandard, aber trotzdem wirtschaftliche Lösungen, die qualitativ und ökologisch nachhaltig sind.

Die Abwässer auf Bohrfeldern können aber sehr unterschiedlich belastet sein. Wir nutzen unser bewährtes Modulsystem und wählen die verwendete Technologie mit einem Bewertungsverfahren   aus- immer abgestimmt auf die jeweilige Anforderung..

Mit unserem Modulsystem haben wir weltweit Anwendungen Erfahrung im Reinigen der unterschiedlichsten Abwässer. Wir sind Mitglied in den führenden Fachverbänden Deutschlands:

  • VDE Verband Deutscher Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik
  • Abwassertechnische Vereinigung Deutschland ATV/DWA
  • VDI Verein Deutscher Ingenieure
zertifikat-seetransport-pdf

Ablaufanforderung definiert? Wie weit muss das Wasser gereinigt werden?

Zunächst muss festgelegt werden, wozu das gereinigte Wasser weiter verwendet werden soll:

  • Wiederverwendung  als Brauchwasser oder um zu Bewässern
  • Anlagentes Einleitung in das Meer mit oder ohne Verdünnungseffekte (behördliche Vorgaben)
  • Einleitung in Fluss oder Gewässer
  • Ableiten zur Entsorgung oder zurück in den Untergrund
  • Menschlicher Gebrauch

Damit werden die Einleitebestimmungen definiert. Je nach Ablaufanforderung kommen unterschiedliche Technologien zum kombiniert zum Einsatz, und/oder das Wasser wird in Teilströme aufgeteilt.

Das durch den Land-Förderprozess von Öl oder Gas anfallende Produktionswasser ist vom Gestein, der Bohrtiefe, sowie der Extraktionschemikalien abhängig. Je nach Alter des Bohrfelds kann dieses Produktionswasser (meist hypersaline Salzlösung) zum gleichen Volumen anfallen wie das eigentlich geförderte Öl. Das Pflichtenheft bei einem Projekt zur Reinigung von Produktionsabwasser ist sehr umfangreich, im wesentlichen sind die typischen Gesichtspunkte dabei zu beachten.

Verkrustungen der Rohrleitungen

Ausfällungen aus der Sole legen sich an Oberflächen an. So entstehen Verkrustungen und Beläge in Rohren, sowie auch in technischen Einrichtungen. Durch Zugabe von Inhibitoren, also Oberflächen wirksame Substanzen, soll eine Verkrustung vermindert werden. Ganz zu vermeiden ist ein Belag dadurch nicht, außerdem belasten die Inhibitoren das Wasser zusätzlich.

Bei versiegenden Ölquellen muss mehr Wasser, sowie Sole injiziert werden, dadurch entstehen zum Teil Belagdicken über 10 cm. Die Beläge oder möglicherweise ganze Rohrleitungen müssen regelmäßig mechanisch entfernt werden. Dies verursacht hohe Kosten und Belastung des Betreiberpersonal durch Schadstoffe.

Die ClearFox Module minimieren diese Kosten. Die Module sind grundsätzlich mehrstraßig aufgebaut. Dadurch können  auf  einfache Weise Bypässe geschalten werden, Spülungen durchgeführt und sogar während des Betriebes ganze Rohrstücke ersetzt werden. Es bietet sich auch an bei Teilströmen Sensoren für die Scale Ionen (Sulfat, Calcium, Barium Silicat) einzusetzen. Eine einfache und schnelle Wartung, sowie eine Redundanz des Rohrleitungssystems steht dabei im Vordergrund.

clogged waste pipe

NORM und TENORMS – radioaktive Abwasser

Radioaktive Bestandteile natürlichen Ursprunges (NORM) treten zwar überwiegend als Solide direkt am Bohrloch und den weiterführenden Leitungen auf, werden aber auch im Folgenden immer dort aufkonzentriert, wo eine Trennung von Öl und Wasser erfolgt.

Diese dann technisch veränderten Nuklide (TENORM) verhalten sich dann ähnlich wie die strahlenden Schwermetall verwandten und sind über Komplexbildung sogar in der Wasserphase und als gasförmige Folgeprodukte enthalten. Die exhibition von radioaktiven Stoffen kann zu gesundheitlichen Schäden führen. Weiterhin sind alle damit in Berührung kommenden technischen Einrichtungen radioaktiv kontaminiert.

ClearFox Module verhindern diese Gefahren für Gesundheit des Bedienpersonal.

Fast alle Module sind als geschlossene Behältnisse im Format eines ISO See Containers aufgebaut. Es besteht keine direkt Verbindung zu Gasen, bzw. Flüssigkeiten. Alle produktberührten Teile sind einfach zu tauschen und zu entsorgen. Be- und Entlüftungsleitungen können separat zusammengefasst an einen anderen Ort weitergeleitet werden.

Schwermetallbelastung des Abwasser

Die produzierten Abwässer können je nach Bohrfeld eine Vielzahl von Schwermetallen enthalten, wobei im Regelfall nur einzelne Schwermetallgruppen in hohen Konzentrationen vorliegen.

Nachfolgend Schwermetallkonzentrationen in produziertem Abwasser aus ein Probe aus dem Südlichen Mittelmeer  [mg/l]:

 

VANADIUM                       0.001

SELENIUM                         0.02

MERCURY                          0.001

LEAD                                   0.01

CADMIUM                         0.01

ARSENIC                            0.01

CHROMIUM                      0.07

COPPER                              0,60

NICKEL                               0.15

IRON                                   63

MANGANESE                    123

ZINC                                    1

SILVER                                0.05

BORON                              0.25

CYANIDE                            0.030

Diese müssen aus dem Abwasser entfernt werden. Zum einen kann dies über Aufoxidieren bzw. chemische Fällung geschehen, in manchen Fällen müssen aber zunächst Komplexverbindungen gebildet werden die dann wiederum mittels Sedimentaion und Filtration aus dem Abwasser entfernt werden. Meist steht dies in Konkurrenz zu Ionentauschern, wenn nur geringe Konzentrationsüberschreitungen vorliegen.

In vielen Fällen erfolgt erst während des Betriebs eine Festlegung auf das eine oder andere Verfahren.

Das ClearFox Modulsystem lässt verschiedene Kombinationsmöglichkeiten der Schwermetallentfernung zu, immer betrachtend die Langzeit Betriebskosten gering zu optimieren.

Separation von Schlamm und Sedimente

Bei einer Phasenumwandlung aufgrund Temperaturänderung, Druckänderung oder pH Wechsel fällt schon bei der Rohölförderung Schlamm an. Dieser muss vorher separiert werden aus der Öl- und Wasserphase. Durch die Abwasserreinigung von produziertem Wasser entsteht weiterer Schlamm. Insbesondere durch den Abbau von Kohlenstoffverbindungen, Zugabe von Fällungsmitteln, Flockungsmitteln. Zur Verringerung des Entsorgungsvolumen muss der Schlamm von weiterem Wasser befreit werden.

Dies geschieht im Regelfall  durch Zentrifugen oder Pressen. Im Schlamm konzentrieren sich die radioaktiven Substanzen (Norm, TENORM) mehr auf wie in der Wasserphase. Der Schlamm muss als radioaktiver Sondermüll betrachtet werden, die dafür notwendigen Entwässerungsanlagen werden hochgradig radioaktiv kontaminiert.

Sludge press
Sludge press
Sludge press
  1. Gruppe 1 mit einem Eliminationsgrad unter 20 % Radionuklide der Elemente Natrium, Kalium, Rubidium, Caesium, Strontium, Arsen, Antimon und Jod.
  2. Gruppe 2 mit einem Eliminationsgrad zwischen 20 % und 70 % Radionuklide der Elemente Tellur, Uran, Niob, Mangan, Technetium und Kobalt
  3. Gruppe 3 mit einem Eliminationsgrad über 70 % Radionuklide der Elemente Beryllium, Zinn, Silber, Gold, Zink, Cadmium, Quecksilber, Scandium, Yttrium, Cer, Gandolinium, Chrom und Eisen.

ClearFox Module zur Schlammentwässerung sind vorzugsweise eingehaust in Seecontainer. Der Betreiber kommt im Regelfall mit nur mit dem ausgetragenen/entwässerten Schlämmen in Verbindung. Die Schlammpressen funktionieren mit einem für Öl-Wasserschlamm erprobten System, bei dem rotierende Scheiben über Fliehkraft und Pressdruck verstopfungssicher den Schlamm separieren. Der Bedienaufwand ist dadurch minimiert. Das Risiko für das Bedienpersonal ist sehr reduziert.

Biologische Verfahren auch bei Toxizität bzw. Biozid möglich

Durch die Zugabe von Emulgatoren, Bioinhibitoren kann das produzierte Wasser einen hohen Toxizitätsgrad erreichen. Werden biologische Verfahren benutzt, kann dies (neben hohen Salzgehalten) eine Verringerung der biologischen Aktivität, bis hin zum totalen Stillstand bedeuten. Durch Abbautests vor Ort kann abgeschätzt werden, inwieweit eine Hemmung vorliegt. Grundsätzlich sollten aber Verfahren verwendet werden, welche sich durch Aufbau von EPS Matrix dagegen schützen können.

ClearFox Module arbeiten mit Biofilm Aufwuchsträgern nach dem vollständig getauchtem belüfteten Festbett. Durch vorherige Laboranalysen oder besser Abbautests mit dem Abwasser vor Ort kann relativ genau abgeschätzt werden, wie die Anlagen dimensioniert werden müssen. Da auch das mit Unsicherheiten behaftet ist, ist es von Vorteil, dass die Bioreaktormodule nachträglich einfach erweitert werden können.

Es werden dann weitere Straßen hinzugefügt. Grundsätzlich wird der durch die Prozesstechnologie typische Biofilm (also nicht freischwebende Organismen) als am besten verfügbare Technologie angesehen. Dies beruht einzig und allein darauf, dass sich der Biofilm mit Extracellulären Polymeren Substanzen schützt.

Um eine genaue Prognose abgeben zu können ist allerdings auch hier ein Pilottest erforderlich. Sind die ClearFox Systeme einmal richtig ausgelegt, sind sie auf Langzeit stabil und robust für immer.

Hoher Salzgehalt (hoher TDS)

Biologische Reinigung zur Verminderung der CSB und BSB Frachten ist das auf Dauer günstigste und umweltfreundlichste Verfahren.

Der hohe Salzgehalt macht aber eine biologische Reinigung von produziertem Wasser auf Öl und Gasfeldern sehr schwierig. Um halophile (salzliebende Bakterien anzusiedeln, die in diesem Milieus Kohlenstoff und Stickstoff verringern) muss auf sessile Verfahren mit einem von Flow unabhängigen Schlammalter zurückgegriffen werden.

Einfache Belebungen oder Membranbiologien können nicht wirkungsvoll betrieben werden, weil die Bakterienkonzentration nicht genügend aufkonzentriert werden kann, bzw. Dead End Filtrationen können verstopfen und kontaminieren. Weiterhin stößt man bei Verdünnungseffekten schnell an die hydraulischen Grenzen.

Clearfox Biotest
Clearfox Biotest with TDS>100.000 mg/l

Das ClearFox FBR Modul arbeitet mit einem ständig untergetauchten belüfteten Festbett, eine Schlammrückführung oder eine Filtrationsmembran ist nicht notwendig. Durch eine Kaskadierung mit unterschiedlichen Biozönosen können relativ hohe Salzgehalte toleriert werden.

Das ClearFox FBR System ist offen und wird im Freispiegel durchflossen. Der Abbau ist frachtbezogen also nicht mengenbezogen. Daher können  bei extremen Salzgehalten auf Verdünnungseffekte zurückgegriffen werden. Der entstandene Sekundärschlamm muss nicht zurückgeführt werden, sondern wird auf einfach Weise über Schwerkraft entfernt. Das biologische ClearFox FBR Modul ist ein in Capex und Opex unschlagbar günstiges Behandlungsmodul um Kohlenstoff und Stickstoff zu eliminieren.

Korrosion, Material Beständigkeit des gesamten Systems

Alle Produkte berührten Teile im Abwasser müssen gegen Hypersalinität, Chloride, extreme pH Werte, verschiedene Kohlenwasserstoffe sowie Schwefelverbindungen resistent sein.

ClearFox benutzt soweit verfügbar für das Rohrsystem, die technischen Einrichtungen und die Fördereinrichtungen mit beweglichen Teilen immer den verfügbaren Stand der Technik. So wird zum Beispiel bei den Beschickungs-pumpen auf das bewährte Prinzip der Mammutpumpen zurückgegriffen. Es enthält keine beweglichen oder verstopfungsanfälligen Teile, der produkt-berührte Teil ist entweder aus beständigen Kunststoff, Silikon oder Super Duplex Stahl der Kat 4.

Die austenitisch-ferritischen Stähle werden gemäß Richtlinien DVS 0946 dem deutschen Schweißfachverband (DVS ) verbunden.

Ein weiteres Beispiel sind die verwendeten Kunststoffbauteile innerhalb der Reaktoren, diese sind fugenlos aus hochvernetztem Kunststoff in einem Stück (Rotationsverfahren) hergestellt und zu einem hohen Temperaturbereich gegen aggressiven Angriff beständig.  Sobald Schweißverbindungen notwendig sind werden diese von qualifiziertem Personal gemäß der EN 13067 ausgeführt

Anm. des Verfassers: Diffusionswirkung von  Kohlenwasserstoffen  ist ein seperates Thema und wird an anderer Stelle abgehandelt.

Platzbedarf vor Ort und Mobilität des Klärsystem

Land-Bohrunternehmen haben normalerweise das Recht, für eine begrenzte Zeit einen begrenzten Bereich für ihr Geschäft zu nutzen. Der freigegebene Bohrlochbereich muss effizient für aktive Bohrlöcher, zusätzliche Bohrungen und geonosische Messungen genutzt werden. Es wird empfohlen, diesen Bereich sauber und frei von Hindernissen zu halten. Ein Abwasserbehandlungssystem erzielt keinen direkten Gewinn aus den Bohrungen, sondern deckt Umwelt- und Gesundheitsaufgaben.

Es darf nicht viel Platz benötigen und muss gegebenenfalls wieder an anderer Stelle aufgebaut werden können. (Mobile Kläranlage), möglicherweise muss es stapelbar sein um Platz zu sparen. Allerdings muss aus unserer Sicht ein Kompromiss gefunden werden zwischen platzsparenden Lösungen, welche meist hohe Betriebskosten aufweisen und großflächigen Kläranlagen, die einfach und kostengünstig im Betrieb sind.

Die Seecontainer sind robust und erprobt in tausenden Applikationen.

Grundsätzlich erfüllen die mobilen Maschinenhäuser die ISO wie folgt:

668Series 1 freight containers-Classification, external dimensions and ratings
6346Coding, identification and marking for freight containers
1161Specification of corner fittings for series 1 freight containers
1496/1Specification and testing of series 1 freight containers.

Part 1 : General cargo containers for general purposes

Mit dem ClearFox Modulsystem auf ISO Containerbasis erfüllen wir jede Anforderung. Einerseits sind die ClearFox Containerkläranlagen  mobil, andererseits haben wir unterschiedlichen Reinigungsprinzipien zur Auswahl, welche alle im in unserem Werk in  Deutschland geplant, produziert  zusammengebaut und letztendlich getestet werden.

Clearfox containers can be stacked
wastewater treatment plant
containerised wastewater treatment plant installed
containerised systems
Clearfox Container can be stacked
Clearfox Containers stacked
Clearfox Container
OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Brandschutz, Elektrosicherheit

In der Vergangenheit waren Ölbohrfelder immer wieder im Blickpunkt aufgrund von Explosionen und Bränden. Durch die geförderten oder separierten Flüssigkeiten entsteht logischerweise ein hohes Gefahrenpotential durch Gase, Nebel oder auch Stäube. Mittels Risikoanalysen muss vorher genau festgelegt, wo und wie hoch das dort vorliegende Risikopotential ist. Die Anlagentechnik muss dementsprechend abgestimmt werden. Im einfachsten Fall sind die Motoren und Antriebe exgeschützt, im Extremfall müssen ganze Bereich abgekapselt und separat belüftet werden.

Des Weiteren muss sich vorher überlegt werden, wie bei eintretenden Katastrophen am besten reagiert wird. Der Maßnahmenplan kann von einfachen Feuerlöschern bis hin zu Evakuierungsmaßnahmen für begrenzte Bereich umfassen. Dies umfasst jeden technischen Anlagenteil und damit auch die Abwasserreinigungsanlage (sowie Schlammbehandlung) des produzierten Wassers.

Bei den ClearFox Modulen werden vorher gemäß des Lastenheftes die einzelnen Anforderungen berücksichtigt. In den meisten Fällen geschieht das nach dem Amerikanischer Standard Feuerschutz ANSI/NFPA 70

Dies kann bedeuten die Elektroausstattung teilweise redundant auszustatten ist oder Antriebe entsprechend gekapselt auszustatten sind. Es ist aber auch relativ einfach darstellbar, wenn bestimmte Bereich der ISO Container separat belüftet werden oder Shutdown Möglichkeiten erhalten sollen.

Das ClearFox Modulsystem ist hierbei bestens geeignet, weil die Bereiche klar definiert sind.

Multilane splitter for a feeding line

Meistens werden durch die Lastenhefte die Richtlinien die einzuhalten sind beschrieben, wie zum Beispiel üblich:

  • Elektroindustrie Vereinigung USA
  • EIA RS232/485
  • International Elektro Kommission
  • IEC 60529/60079-7 and various from IEC 61xxx-part
  • SAMA
  • Europäische Elektro Standardisierung
  • CENELEC EN50020
  • Normengemeinschaft Mess und Regeltechnik
  • NAMUR Standards, wie NE 43
  • Anzeige und Visualisierung bei Prozessen

ISA-S 18.1/51.1/S5.5/S71.04

Wir fertigen nach dern gängigen weltweit anerkannten Normen, wie zum Beispiel:

  • Herstellervereinigung Steuerungstechnik und Ingenieurwesen
  • ANSI/Nema ICS 2-6
  • ANSI / IEEE 488,  472/802

Unsere Ingenieure verfügen über umfassendes Wissen und Erfahrung um internationale Richtlinien zu erfüllen.

Clearfox CPU
Clearfox CPU for Siemens project

Eigenschaften von Abwasser der Öl & Gas Industrie

Die üblichen Abwasserparameter zur Beurteilung der Wasserqualität oder des Wirkungsgrades der Technologie sind wie folgt: (verschiedene Laboranalysen von Sibirien, USA, Südamerika und Mittelmeer)

  • pH 4-7
  • Ölgehalt kann bis zu 1 g/l betrage ist aber meistens (da der eigentliche Wertstoff) aus dem Wasser entfernt ist
  • Salzgehalt (Salinität): Der Salzgehalt ist ein wesentliches Merkmal des Abwassers. Er kann über  180.00 mg/l enthalten. Meist ist das aus den TDS ersichtlich, die im Wesentlichen aus Natrium Chlorid bestehen. Auch der Chloridgehalt ist schon ein wesentlicher Indikator. Viele Abwässer gelten als hypersalin, also als übersättigt mit Salz.
Oil & gas wastewater
  • Gelöste Stoffe (TDS) bis zu 300.000 mg/l, meist verursacht durch NaCl
  • Absetzbare Stoffe (TSS) zwischen 50 bis 1000 mg/l
  • Temperatur zwischen 15 bis 35 Grad Celsius je nach Region
  • Kohlewasserstoffe
  • Aromatisch, (BTEX) wie Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Xylol polyaromatische (PAH) und Alkylphenole

(PAH und Alkyphenole kommen oft dispergiert in den Öltropfen vor, die im Gemisch supendiert sind, die Konzentrationen sind stark abhängig von der Vorbehandlung und der Art des Ölfeldes.)

  • Organische Säuren wie Benzoesäuren
  • Dispergierte Kohlenwasserstoffe, Petroleumrückstände
  • Summenparameter Sauerstoffverbrauch
  • Chemischer (COD)/ Biologischer (BOD)

Die Summenparameter und das Verhältnis zueinander geben Aufschluss, wie gut das Wasser von Organismen abbaubar ist.

BSB Werte differieren von 500 bis 3000mg/l

CSB Werte differieren von 2000 bis 20000 mg/l

  • Stickstoff, Phosphor sind im Verhältnis zum Kohlenstoff nur in Spuren, allerdings kann ein Überschuss von Stickstoff enthalten, der entfernt werden muss bei Direkteinleitungen.
  • Schwefelverbindungen, je nach Injektionswasser
  • Schwermetalle (Bor, Cadmium, Kupfer, Eisen, Quecksilber und viele mehr)
  • Radioaktive Stoffe (natürlich vorkommend oder technisch entstanden) wie ausführlich besprochen
  • Uran, Thorium, Radium mit Zerfallprodukten, Radon Blei 210, Kalium 40, Polonium zum Teil gasförmig, besonders im Schlamm und Ablagerungen aufkonzentriert,  Belastungen von bis 15000 Bequerel/gramm, durchschittliche Abfallbelastung 100 Bq/g

Welche Verfahrenstechnik für produziertes Abwasser aus der Öl und Gas Industrie?

Die Prozesstechnologie ist eine Herausforderung. Es gibt keine universelle Prozesstechnologie zur Reinigung von produziertem Abwasser. Sicherlich wird von Herstellern das eigene Produkt immer so dargestellt, als wäre es ein Allheilmittel. Wenn man nach Kriterien beurteilt wie Reinigungsleistung, Platzbedarf, Betriebskosten, Investitionskosten, sowie  Nachhaltigkeit (weitergehende Umweltverschmutzung) kommt man zu dem Ergebnis, dass verschiedene Prozesstechnologien kombiniert werden müssen.

Mechanische Reinigung

Ist notwendig um einfach absehbare Materialien aus der Anlage zu entfernen und den Schutz der nachfolgenden Aggregate zu schützen. Ist meistens schon in der Vorbehandlung bei den Demulgatoren enthalten.

Sedimentationsbecken sind einfach, allerdings werden nur absetzbare Stoffe entfernt und der Platzbedarf ist hoch. Siebanlagen entfernen mechanisch alle Partikel, sie sind effektiver, platzsparender und benötigen mehr Wartung.

Oxidation

Ziel ist reine Kohlenstoffverbindungen vom gelösten in den ungelösten Zustand zu bringen, Verbindungen biologisch abbaubar zu machen, Schwermetalle aufoxidieren, um organische und anorganische Bestandteile aus dem Abwasser zu entfernen. Ist  mehr oder weniger universell einsetzbar und immer geeignet.

Beim typischen Prozess sind zum einen starke Oxidationsmittel wie Ozon, Wasserstoffperoxid mit und ohne UV Licht Erweiterung (z.B. Fenton Prozess) notwendig.  Bei der katalytischen Nassoxidation wird Druckluft für die Oxidation bei hohem Druck ins Wasser übersättigt und Temperatur erhöht. Erfordert Reaktionsvolumina und aufwendigen Behälterbau. Bei beiden muss das Abwasser für die nachfolgenden Prozesse nachbehandelt werden, Ozon erfordert hohe Sicherheitsbestimmungen, der Strombedarf ist hoch.

Bei der elektrochemischen erweiterten Oxidation/Reduktion wird eine Spannung zwischen zwei oberflächenbeschichtete Elektroden angelegt, es werden keine Chemikalien zugegeben, der Prozess ist drucklos, es entsteht nur harmloser Wasserstoff, die Oxidation erfolgt an der Oberfläche oder indirekt über Radikalenbildung. Die Dotierung des Elektrodenmaterials muss an die Herausforderung angepasst werden (Schwermetalle, NORM, CSB, AOX etc). Die Anfangsinvestition kann (z.B. Diamantbeschichtung) kann bei hochwertigen Dotierungen groß werden. Stromkosten moderat, ist das Abwasser hochgradig leitfähig sinkt der Strombedarf.

Bei produziertem Abwasser für fast alle Störstoffe einsetzbar, bis zur Ablaufqualität.

Clearfox ozone generator
Clearfox Ozone Generator
Clearfox AEO (Advanced
Clearfox AEO (Advanced
Clearfox ECAO test for upscale parameters

Dissolved Air Flotation (DAF)

Die Flotation (in Verbindung mit einer Fällung und Flockung) hat einen sehr hohen physikalischen Trenneffekt, insbesondere für Öle oder Emulsionen die vorher gespalten wurden. Ist insbesondere bei produziertem Abwasser ist dies als Standardtechnologie notwendig um die nachfolgenden Prozess zu entlasten. Reststoffe sind die entfernten/gefällten ungelösten Stoffe, die im Abwasser enthalten sind. Die Investitionskosten sind niedrig, die Art der Schlammentfernung bestimmt die Betriebskosten.

Chemische Behandlung (Fällung, Hydroxidbildung)

Zugabe von Fällungsmitteln um gezielt Stoffe unlöslich im Wasser zu binden (Schwermetalle, CSB, Phosphor) die dann entfernt werden müssen (Flockung, Flotation, Filtrieren). Die Investitionskosten sind zu vernachlässigen, die Technologie ist einfach.  Bei der Zugabe von chemischen Stoffen fällt immer weiterer Schlamm an,  durch die entstanden Verbindungen. Die Kosten für die Chemikalien können die Betriebskosten extrem erhöhen. Der entstandene Schlamm enthält möglicherweise Stoffverbindungen, die giftig sind. Bei hohen Normkonzentrationen muss das System ohne mögliche Ablagerungen oder chemische Senken hinsichtlich der Systemkomponenten geplant werden.

Mikrofiltration, (Sandanthracit, Filtertrommeln)

Je nach Feinheit als Filtertrommeln oder Sand (Anthrazit) zur Entfernung von ungelösten Stoffen (z.B. aus der Fällung). Geringe Investitionskosten, relativ einfach, bei hohen NORM Konzentrationen beachten, wo Senken entstehen können.

Clearfox Sandfilter
Clearfox Sandfilter

Biologische Behandlung

Geeignete Mikroorganismen oxidieren und reduzieren Kohlenstoff und Stickstoff. Diese müssen in geeignetem Mileu (Sauerstoff, keine Hemmstoffe, Sauerstoff vorhanden, Nährstoffe) mit dem Abwasser lange genug in Verbindung gebracht werden. Bei produziertem Abwasser wird ein sehr hohes Schlammalter (hohe Bakterienkonzentration)   benötigt. Die wird nur mit sessilen Verfahren (FBR) oder Aufkonzentrierung vor Membranen (MBR)  erreicht. Je nach Salzgehalt sinkt die biologische Aktivität, das Abwasser muss entweder verdünnt werden oder grösser ausgelegt werden. Halophile Bakterien bauen bei produziertem Abwasser BSB ab und reduzieren damit die CSB Belastung.

Sehr hoher Platzbedarf für Reaktionsvolumina (für offshore nur in seltenen Fällen möglich) Wenig Reststoffe, sehr geringe Betriebskosten, Investitionskosten je nach Behälteranforderung, meist moderat, nur bei Bioabbaubarkeit einsetzbar. Grundsätzlich kann das produzierte Abwasser mit  speziell gezüchteten Organismen oder aufkonzentrierten Bakterien angeimpft werden oder  es werden die natürlich vorkommenden  im System vermehrt. Dies benötigt eine lange Anlaufphase, ist aber sicherer und auf Dauer ohne Kosten.

Es muss aber in jedem Fall anhand des BSB VORHER nachgewiesen sein, dass das Abwasser abbaubar ist, die Verfügbarkeit mit dem TOC sowie das Verhältnis des chemisch oxidierbaren zu dem biologisch oxidierbaren ausreichend für einen wirtschaftlichen Prozess ausreichend. Getauchte Festbettreaktoren (FBR) sind sehr aufwendig im Bau, sind aber bei produziertem Abwasser bei einer Kaskadierung sehr gut geeignet. Sequencing Batch (SBR) Reaktoren und MBR Reaktoren sind nicht ideal, da die freischwebenden Organismen  nur ungenügend EPS, sowie nur einfach Monokulturen aufbauen. Membranbioreaktoren (MBR) sind wie eine Kombination von Belebter Schlammbiologie und Filtration über Membranen. Investitionskosten sind gering, aber bei produziertem Abwasser nur bedingt und durch hohen Grad an Vorreinigung einsetzbar. Membranbeständigkeit sowie eine gute Flockenbildung in der Biologie sind die Vorraussetzung für einen stabilen Betrieb. Tropfkörper sind bei produziertem Abwasser sehr gut geeignet, aber nur bei kleinen Mengen, da der Raumbedarf die Kosten sprengt.

Grundsätzlich kann man biologische Verfahren für Abwasser aus der Öl und Gas Industrie  favorisieren, wenn mit wenig Aufwand ein hoher Effekt erzielt werden soll und die Einsetzbarkeit geprüft wurde. Dies ist meist sogar dann gerechtfertigt, wenn das Abwasser auf geringere Salzkonzentrationen (bis auf 40-60.000 mg/l NaCl)  verdünnt werden muss, um halophilen Bakterien die richtigen Milieubedingungen zu bieten.

Clearfox FBR with halophine bacteria
Clearfox FBR with halophine bacteria

Ultrafiltration, Nanofiltration, Umkehrosmose

Alle dienen zur Entfernung von feinen suspendierten Partikeln, die aus vorgegangenen Schritten entstanden sind, oder bereits vorher im Abwasser waren. Die Ultrafiltration (je nach Cut off der Membran) konkurriert mit der einfachen Mikrofiltration. Je produziertem Abwasser muss genau auf den erreichbaren Effekt geachtet werden und der Aufwand in das Verhältnis gesetzt.  Die Nanofiltration hat hohe Investitionskosten, die Betriebskosten sind erhöht. Je nach Ablaufanforderung kann diese aber in Verbindung mit vorherigen Technologien eine gute Möglichkeit sein über den direkten Filtrationsweg das Abwasser auf eine Einleitemöglichkeit zu bringen. Die Umkehrosmose ist auf den ersten Blick als universelle Separiermöglichkeit für fast alle Inhaltsstoffe im produzierten Abwasser geeignet.

Allerdings lohnt sich die Umkehrosmose hier meist nur wenn ein Teilstrom für den  menschlichen Gebrauch aufbereitet werden soll. Hohe Salzgehalte vermindern generell die Menge. Umkehrosmose benötigt sehr gute Vorbehandlung (meist Biologie+Nanofiltration) und ist in Investition sowie Betrieb (Chemikalien, Membranen) sehr teuer.  Um die Fluxraten hoch zu halten muss Chemie zugegeben werden um das Fouling zu verhindern.

Adsorption and Eisenaustausch

Für kleine Mengen und bei der Auswahl von den richtigen Materialien ist eine selektive Entfernung von vielen Inhaltsstoffen möglich. Benötigt gute Vorbehandlung, günstig in der Investition, die Betriebskosten können extrem hoch werden. Meist nur als Teilstrom geeignet.

Clearfox activated carbon after fuzzy filtration  and DAP
Clearfox activated carbon after fuzzy filtration and DAP

Vergleich der Verarbeitungs- Technologien für produziertes Abwasser

processCapexOpexstabilitysecondary pollutionefficiencySpace required
Mechanical treatment++++++++++
DAP+++++++
DAF+++++++
Chemical Precipitation++++++++
Oxidation general++++++
Ozone,Kat-wet++++++++++++
AEO++++++++++++
Biological treatment++++++++
Ultrafiltration/Nano++++++++
ROA (Osmosis)++++++
Mikro/Sand Antracit Filters++++++++++++++
Adsorption AC+++++
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