Neue Maßstäbe gesetzt

Schadstoffarme Lösung für die Abwasserbehandlung in Raffinerien

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10.04.2012 In Deutschland setzt die Raffinerie BP Gelsenkirchen Horst mit ihrer neuen Abwasser- und Abluftbehandlung in der ölverarbeitenden Industrie neue Maßstäbe. Das gesamte Abwasser und Regenwasser aus dem Raffineriegebiet wird in verschiedenen Aufbereitungsschritten behandelt, die Abluft aus der Anlage für das Verfahren wird gesammelt und in einer thermisch regenerativen Abluftaufbereitungsanlage verbrannt.

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Entscheider-Facts Für Betreiber

  • Die Anlage zur Abwasser- und Abluftbehandlung bei BP ist seit über einem Jahr erfolgreich in Betrieb und sichert das stetige Einhalten der Grenzwerte für die Ableitung.
  • Bei mehreren schweren Betriebsstörungen und Überlastungen reagierte sie sofort und zuverlässig.
  • Die Verfahrenslösungen für jeden Schritt (Entölung, Flotation, biologisches System, Luftaufbereitung) sind auf dem neuesten Stand der Technik und bilden zusammen 
  • einen neuen Maßstab im Bereich der Abwasseraufbereitung in Raffinerien.
  • Die gesamte Anlage ist automatisiert und verfügt über Steuermechanismen, durch die der Betrieb mit einer reduzierten Anzahl an Personal möglich ist.

Die verschiedenen Abwässer, die in der Raffinerie entstehen, besitzen eine Reihe von umweltschädlichen Verbindungen, die gelöst oder ungelöst vorliegen können.

Die nicht gelösten Bestandteile, beispielsweise Öle und Feststoffe, können mit mechanischen und chemisch-physikalischen Aufbereitungsverfahren abgeschieden werden, gelöste anorganische und organische Schadstoffe können am besten durch biologische Verfahren abgebaut werden. Allerdings kann eine biologische Behandlung, insbesondere das Entfernen von Stickstoffverbindungen, sehr empfindlich gegenüber toxischen Verunreinigungen sein und auf zu hohe Anteile an Öl und Feststoffen mit geringerer Leistung oder sogar einem vollständigen Kippen des bakteriellen Aktivität reagieren. Um diese Gefahr zu verringern, ist es von entscheidender Bedeutung, die ankommenden Abwässer so weit wie möglich vorzubehandeln, damit der Großteil der nicht gelösten Schadstoffe entfernt wird. Zu diesem Zweck sind drei Verfahren bei der Abwasserbehandlung in der Raffinerie unbedingt notwendig:

  • primäre Beseitigung der freien Öle und Feststoffe durch statische Schwerkraftabscheidung;
  • Zwischenspeichern, Mischen und Ausgleichen von entölten Wasserströmen;
  • sekundäre Beseitigung von feinen Feststoffen und dispergierten Ölen durch auf Schwerkraft gestützte Abscheidung.

Strömung immer gleichmäßig verteilt

Die primäre Beseitigung ist nach den API-Standards (Nummer 421) angelegt, wobei jedoch berücksichtigt wurde, dass die Becken kreisförmig und nicht rechteckig sind. Das Wasser gelangt über einen zentralen Zulauf, der für eine gleichmäßig Verteilung der Strömung sorgt, in die Becken: Dies ist das Hauptmerkmal dieser Ausführung, da die Abscheideleistung damit stark verbessert wird. Die kreisförmigen API-Separatoren haben eine Wasserfüllhöhe > 3 m, so dass die Feststoffe weitestgehend entfernt werden. Die normale Verweildauer beträgt etwa 1 h, und der Klärgrad liegt zuverlässig bei über 95 % der absetzbaren und der schwimmfähigen Bestandteile.

Nachdem freie Öle und Feststoffe abgetrennt wurden, wird das vorgereinigte Abwasser zum Konzentrations- und Mengenausgleich zwischengepuffert. Das hierfür zum Einsatz kommende große, vollständig durchmischte Becken ist ein einfacher, aber sehr wirkungsvoller Weg, um die Gefahr von eventuellen Störungen des biologischen Systems durch toxische Schocks zu vermindern.

Der vergleichmäßigte Wasserstrom kann nun in der Flotationsanlage weiter geklärt werden. Die Entspannungsflotation ist eine verbesserte Schwerkraftabscheidung für feine Feststoffe und dispergierte oder kleine Öltröpfchen. Ein Teil des abfließenden Wassers wird durch Sättigung mit Druckluft recycelt und dem System wieder zugeführt – ebenfalls durch einen zentralen Verteiler. Auch in diesem runden Becken ist die gleichmäßige Verteilung des Wassers der Schlüsselfaktor für die sehr gute Leistung dieser Behandlungsstufe. Durch die Zugabe von geeigneten Chemikalien vor der Flotation wird die Koagulation und Flockenbildung der Feststoffe und Öle begünstigt. Diese schwimmen dann als Konglomerat mit einer TSS-Konzentration von 4 bis 6% auf. Darüber hinaus können die Flocken einen beträchtlichen Teil des gelösten CSB – nämlich bis zu 40% – adsorbieren, und das biologische System teilweise entlasten. Das abfließende Wasser ist sichtbar geklärt, mit einem Kohlenwasserstoff-Index unter 5 mg/l und einem TSS unter 30 mg/l. Das Abwasser kann nun gefahrlos in das biologische System geleitet werden.

Das biologische System

Das eingesetzte Belebtschlammverfahren besteht aus zwei Schritten: einer anoxischen Vorstufe, in der ein Teil der organischen Verschmutzung durch heterotrophe Bakterien zur Denitrifikation verwendet wird. Anschließend erfolgt unter Zufuhr von Luftsauerstoff, die Nitrifikation und ein weitergehender Abbau der organischen Verunreinigung. Während der Inbetriebnahme phase gab es in der Kläranlage mehrere Überfrachtungen durch Ammoniumstickstoff. Grund waren Störungen im Raffinerieprozess, die durch eine umsichtige Prozessführung bewältigt werden konnten. Dies verdeutlicht die Tatsache, dass Raffinerieabwässer starken Schwankungen unterliegen und schwierig zu behandeln sein können. Deshalb sollte das biologische System mit genügend Reserven ausgelegt werden, damit solche unvorhergesehene Überfrachtungen im Bereich der gelösten Schadstoffe, insbesondere der stickstoffhaltigen Verbindungen, zu bewältigen sind. Darüber hinaus wird durch die sehr gute Abscheideleistung der Flotationsanlage bezüglich CSB-Entfernung ein Schutz vor organischen Überlastungen des biologischen Systems gewährleistet. Die Entlüftungs- und Klärbecken mit Saugräumern zum Schlammaustrag vervollständigen die biologische Klärung und halten die CSB-Abgabe des abgeleiteten Wassers zuverlässig unter 80 mg/l und den TKN unter 10 mg/l.

Eine moderne Lösung zur Abluftbehandlung

Da die Raffinerie in einem dicht besiedelten Gebiet liegt, muss die Abluft der Anlage gesammelt und behandelt werden. Ziel ist ein Minimieren der Emissionen von Geruchsstoffen sowie flüchtigen organischen Kohlenstoffverbindungen. Die Wahl fiel auf eine thermisch regenerative Abluftverbrennungsanlage, kurz RTO genannt (Regenerative Thermal Oxidizer) mit drei Kammern, gefüllt mit Keramikkörpern zur Wärmerückgewinnung.

Diese Anlagenkonfiguration minimiert den Verbrauch von Stützgas und die Emission von CO2. Die Anlage ist für einen Volumenstrom von 20.000 m3/h Abluft ausgelegt. Mit der RTO werden organische und anorganische Substanzen auf die entsprechenden Grenzwerte eliminiert. Die Austrittstemperatut des gereinigten Gases beträgt rund 80 °C. Übersteigt die Konzentration der organischen Substanzen mehr als etwa 2 g/m3, läuft die Anlage autotherm. Die untere Explosionsgrenze im Abgas wird kontinuierlich über eine FID-Messung kontrolliert. Die Verwendung von Koksofengas zur Stützfeuerung ist ein Kostenvorteil beim Betreiben der Anlage.

Flexibel und zuverlässig durch Automatisierung

Um ein hohes Maß an Zuverlässigkeit gewährleisten zu können, wurde bei der Planung der Anlage das Konzept der Überwachung und Automatisierung von Anfang an integriert. Folgende Aspekte sind hierbei von besonderer Bedeutung:

  • Das Regenwasser-Konzept: Bei starkem Regen wird das ankommende Abwasser automatisch in ein großes Regenwasserbecken geleitet, sobald das Starkregenereignis vorüber ist.
  • Das Konzept Off-spec-Wasser: Die Konzentration des TOC (gesamter organischer Kohlenstoff) am Zulauf wird online überwacht. Liegt dieser über einem bestimmten Schwellenwert, wird das Wasser als „Off-spec“, also nicht den Zulaufspezifikationen entsprechend, betrachtet und in ein Notfallbecken geleitet, aus dem es kontrolliert wieder in die Anlage geleitet wird.
  • Das Störfallkonzept: Eine Störung von Anlagenteilen wird dem Bediener sofort mitgeteilt. Mindestens ein Bediener ist, zumindest über Fernleitung (Mobiltelefon), immer verbunden und kann auf die Störung – ebenfalls auch über Fernbedienung – reagieren und die Betriebsbereitschaft der Anlage wiederherstellen.
  • Das Konzept der Leistungsüberwachung: Mehrere Leistungsindikatoren werden in der Anlage und am Auslass überwacht, damit die Anforderungen an die Ableitung immer erfüllt sind. Wird eine Unregelmäßigkeit oder ein negativer Trend festgestellt, kann der Bediener Gegenmaßnahmen ergreifen und ein Überschreiten der Grenzwerte für die Ableitung verhindern.

Im Allgemeinen wird der normale Betrieb der Anlage durch drei Personen in drei Schichten durchgeführt, dazu kommen einige Wartungsmitarbeiter, die für außerordentliche Wartungsarbeiten notwendig sind. Die Zuverlässigkeit der Anlage wird durch diesen sehr geringen Personaleinsatz nicht beeinträchtigt, auch eine flexible und schnelle Reaktion auf unvorhersehbare Betriebsstörungen ist gegeben.

Ifat 2012 Halle A2 – 217 a

1204CT605

Heftausgabe: April 2012

Über den Autor

Michael Wunsch, Hager+Elsässer
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