Adaptiertes SBR-Verfahren für die Öl- und Gasindustrie

Der größte Teil des Abwassers in der Öl- und Gasbranche stammt aus dem Betriebswasserkreislauf, zum Beispiel Kühlwasser oder Kesselspeisewasser zur Dampferzeugung. Es ist vor allem durch hohe Anteile an anorganischen Salzen, Phosphaten und verschiedenen Wasserkonditionierungsmitteln – unter anderem Biozide und Chloride – gekennzeichnet, während die organische Belastung – also der chemische und biologische Sauerstoffbedarf sowie der gesamte organisch gebundene Kohlenstoff – relativ gering ist. Dazu kommen ölverunreinigte Niederschlagswässer, saure und alkalische Wasch- und Reinigungswässer sowie Abwässer aus sanitären Einrichtungen, welche zum Großteil der üblichen Schmutzfracht kommunaler Abwässer gleichen.

Bei den zahlreichen unterschiedlichen Prozess- und Aufreinigungsschritten der petrochemischen Industrie fällt zudem organisch stark belastetes Abwasser an. Das Abwasser aus Entsalzungsprozessen und Prozesskondensaten enthält teils sehr hohe Stickstofffrachten. Abhängig von den jeweiligen Prozessschritten, aus denen das Abwasser stammt, kann dieses hohe Konzentrationen an teils biologisch toxischen Substanzen enthalten. Neben hohen Salzfrachten, Phenolen, Schwefelwasserstoffen und verschiedenen organischen Säuren und Laugen sind hier vor allem halogenierte Kohlenwasserstoffe, Thioalkohole (Mercaptane) und Cyanide zu erwähnen.

Aufgrund der einerseits komplexen und stark schwankenden Zusammensetzung und andererseits der zunächst biologisch schlechten Abbaubarkeit des Rohabwassers folgt der Sammlung und Vergleichmäßigung dieser Abwässer zunächst meist eine innerbetriebliche Vorbehandlung. Ziel ist, die Abwasserparameter zu erreichen, welche für die Einleitung in die Kläranlage nach den jeweiligen Gesetzesvorschriften erforderlich sind, sofern keine innerbetriebliche Kläranlage zur Verfügung steht.

Neben konventionellen Behandlungsschritten wie der mechanischen Vorreinigung zur Entfernung von groben und absetzbaren Stoffen kommen spezielle Verfahren wie das Entfernen von Ölen und Fetten mittels Schwerkraftabscheidung und/oder Flotation beziehungsweise Filtration zum Einsatz. Flüchtige Inhaltsstoffe (Volatile Organic Compounds, VOC) werden mittels Strippung entfernt. Verschiedene Oxidationsverfahren zur Reduzierung von Schwefelverbindungen und Cyaniden sowie die teilweise Behandlung mit Pulveraktivkohle, untern anderem zur Reduzierung halogenierter Kohlenwasserstoffe, sind ebenfalls Bestandteil des Reinigungsprozesses.

Hat das behandelte Rohabwasser die geforderten Parameter zur Einleitung in die Kläranlage erreicht, erfolgt nach der physikalisch/chemischen Behandlung die biologische Reinigung des Abwassers durch Mikroorganismen (Belebtschlamm). Ziel hierbei ist es, die im Abwasser gelösten Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen abzubauen und eine weitestgehende Phosphorelimination zu erreichen. Die in den Belebtschlamm absorbierte Schmutzfracht wird dabei in regelmäßigen Abständen als Überschussschlamm aus dem Prozess entnommen und separat in der Schlammbehandlung weiterverarbeitet.

Verschiedene biologische Verfahren, die zur Behandlung der anspruchsvollen Abwässer aus der Öl- und Gasindustrie geeignet sind, haben sich etabliert. Eines davon ist das sogenannte Sequencing Batch-Reactor-Verfahren (SBR), bei dem die sonst räumlich voneinander getrennten Phasen des konventionellen Belebtschlammverfahrens – also anaerobe, anoxische und aerobe Phase, Sedimentation und Klarwasserabzug – in einem Reaktor und in einer bestimmten zeitlichen Abfolge ablaufen. Die wesentlichen Vorzüge des Verfahrens sind der geringe Platzbedarf, die Möglichkeit der einfachen Anpassung des Prozesses beziehungsweise der Phasen in Abhängigkeit der Abwasserzusammensetzung sowie die hohe Reinigungsleistung.

Mit ISBR hat das Unternehmen Invent Umwelt- und Verfahrenstechnik das Verfahren mitsamt dem Hyperclassic-Rühr- und Begasungssystem sowie dem IDEC-SBR-Dekantiersystem speziell für die Besonderheiten der Abwässer aus der Öl- und Gasindustrie adaptiert. Damit will man für eine besonders effiziente Reinigung der Abwässer sorgen. Im Gegensatz zu den üblichen SBR-Verfahren, bei denen die Reaktoren diskontinuierlich – also im Batch-Betrieb – befüllt und entleert werden, ist der Zulauf hier kontinuierlich und der Ablauf diskontinuierlich während der Phase des Klarwasserabzuges. Neben betrieblichen Gründen wie der Vermeidung von zusätzlichen Vorlagebecken und der Vereinfachung der Steuerungslogik sprechen auch prozessbedingte Merkmale für das spezielle Verfahren: Durch die kontinuierliche Beschickung der SBR mit frischem kohlenstoffhaltigem Abwasser im Schlammbett und die vollständige bodennahe Vermischung durch die Rühr- und Begasungssysteme in der Zone sedimentierten Belebtschlammes entstehen während der Dekantierphase ein hohes F/M-Verhältnis (Food to Microorganism Ratio) und folglich anaerobe Bedingungen. Dieses Milieu fördert den Abbau von schwer abbaubaren organischen Verbindungen wie Nitrobenzol oder Naphthalin, welche üblicherweise bei diesen Arten von Abwässern vorkommen und ansonsten nicht oder nur äußerst langsam abgebaut würden.

Während Membranbelüftungssysteme in aggressiven Abwässern typischerweise versagen, ist das in dem Verfahren eingesetzte Rühr- und Begasungssystem ein robustes und effizientes mechanisches Belüftungssystem. Es wurde speziell für den Einsatz in SBR-Verfahren und anspruchsvollen Abwässern der industriellen Abwasserreinigung entwickelt. Während der belüfteten aeroben Phase sorgt es durch die kraftvolle Hyperboloid-Rührtechnik und Dispergierung der mittels eines Gebläses eingetragenen Luft in feine Luftblasen für eine effiziente und vollständige Belüftung des gesamten Reaktorinhaltes. Verstopfungsneigung, Verhärtung der Membranen, Membranfouling (Entstehung von Biofilmen auf Membranen), Effizienzverlust oder unvollständige Durchmischung sind nicht zu befürchten.

Sobald der Prozess in die unbelüftete anoxische Phase übergeht, bewirkt das Rühr- und Begasungssystem bei niedrigem Energieeinsatz und reduzierter Geschwindigkeit eine vollständige und kraftvolle Durchmischung und damit einen effizienten Stickstoffabbau. Die Kombination der Prozesse des Rührens und der Sauerstoffzufuhr in einem System ermöglicht eine flexible Adaption des Prozesses und der Rühr- und Begasungssysteme auf die jeweiligen Anforderungen des Prozesses beziehungsweise der Abwässer bei gleichzeitigem geringem Einsatz von Maschinentechnik. Dies ist vor allem aufgrund der komplexen und aggressiven Zusammensetzung des Abwassers wichtig. Nur das Zusammenspiel der verschiedenen Komponenten sichert hier eine zuverlässige, kontinuierliche und effiziente Reinigung des Abwassers.