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wlb - Wasser, Luft und Boden 3/2015

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WASSER-/ABWASSERTECHNIK

WASSER-/ABWASSERTECHNIK Sicher versenkt Umweltgerechte Aufbereitung von Lagerstättenwasser Herbert Bassek In Norddeutschland wird Erdgas seit mehreren Jahrzehnten aus konventionellen Lagerstätten gewonnen, die tief unter der Erdoberfläche liegen. Das mit Wasserdampf gesättigte Gas muss vor der Einspeisung in das Transportsystem aus Korrosionsschutzgründen getrocknet werden. Lagerstättenwasser (Lawa) ist ein natürlicher Bestandteil in Erdgaslagerstätten, das bei der Erdgasförderung neben dem eigentlichen Produkt anfällt. Das Lawa besteht aus stark salzhaltigen Lösungen mit den Inhaltsstoffen Natriumchlorid, Kalziumchlorid, Kaliumchlorid und Magnesiumchlorid sowie aus Resten von Kohlenwasserstoffverbindungen, wie z. B. aromatischen Kohlenwasserstoffen (BTEX). Je nach Lagerstätte können auch andere Stoffe, wie Schwermetalle (Quecksilber) oder natürliche radioaktive Stoffe (Norm-Stoffe), enthalten sein. Nach einem einfachen Abtrennverfahren wird das Lawa über Leitungen oder mit Tankfahrzeugen zu sogenannten Versenkbohrungen (Disposalbohrungen) transportiert und in tiefe, ebenfalls salzwasserführende Horizonte oder auch ehemalige Erdöl- und Erdgaslagerstätten versenkt. Autor: Dipl.-Ing. Herbert Bassek, Key Account Manager, BAUER Water GmbH, Oberndorf a.N. Ist-Zustand der Lawa-Aufbereitung Die Energieerzeuger bereiten das Lagerstättenwasser aktuell in einem einfachen Schwerkraftverfahren auf. Dazu wird das Lagerstättenwasser in Behältern gefördert und zwischengespeichert. In diesen Tanks bilden sich aufgrund der unterschiedlichen Dichte neben der Wasserphase eine Leichtund eine Schwerphase. Die aufschwimmende Leichtphase enthält im Wesentlichen Kohlenwasserstoffverbindungen („Kondensat“), die abgezogen und einer Weiterverarbeitung in Raffinerien zugeführt werden. Ausfallende Salze und absetzbare Stoffe sammeln sich am Boden des Absetzbehälters und werden entsorgt. Die Effizienz eines solchen physikalischen Verfahrens hängt wesentlich von den Art und den Löslichkeitseigenschaften der Inhaltsstoffe ab. Grundsätzlich gilt, dass mit der genannten Technik ausschließlich ungelöste Bestandteile, die nicht mischbar sind und einen deutlichen Dichteunterschied aufweisen, abgetrennt werden können. Partikuläre Stoffe mineralischen bzw. anorganischen Ursprungs werden in der Regel sedimentiert („absetzbare Stoffe“). Freie, d. h. nicht emulgierte Kohlenwasserstoffverbindungen bilden eine aufschwimmende Phase. Die Bauer Water GmbH hat im Jahr 2013 Untersuchungen an Lagerstättenwasser durchgeführt. Die Untersuchungen belegen ein komplexes Stoffverhalten, sodass mit der vergleichsweise einfachen, bislang genutzten Trenntechnik eine nur unvollständige Abtrennung von festen Stoffen und freien Ölen gelingt. Auslegung einer Lawa-Aufbereitung Die Inhaltsstoffe der untersuchten Lagerstättenwässer lassen sich in folgende Gruppen einteilen: n ungelöste partikuläre Stoffe (absetzbare oder abfiltrierbare Stoffe) n Leichtflüssigkeiten (wie zum Beispiel Öle und Benzine) n „gelöste“ Stoffe (Kohlenwasserstoffe, Salze (Chloride), Metalle, im Speziellen auch Schwermetalle) Anorganische Stoffe wie die o. g. salzhaltigen Lösungen liegen, wie der Name bereits sagt, in gelöstem Zustand vor, der nur durch Fällung und/oder Überschreitung des Löslichkeitsproduktes, also durch Einsatz einer kombinierten chemisch-physikalischen oder thermischen Verfahrenstechnik verändert werden kann. Die Kohlenwasserstoffverbindungen bestehen nicht nur aus freien „Mineralölen“, sondern auch aus „gelösten“ Verfahren Sedimentation/Hydrozyklon Belüftung & Sedimentation Leichtstoffabscheidung Filtration Flotation Membranfiltration (MF, UF, NF) Strippung Adsorption/Absorption Elektro-Koagulation Ionenaustausch Umkehrosmose Forward osmosis Elektro-Dialyse Fällung/Flockung chemische Oxidation Chemisorption Eindampfung Gefrier-/Tauverdampfung Membrandestillation Kristallisation Extraktion Belebungs-/Biofilmverfahren bewachsener Bodenfilter Flowback Inhaltsstoffe

WASSER-/ABWASSERTECHNIK bzw. emulgierten Bestandteilen, wie leichtflüchtige Substanzen, v. a. aromatische Kohlenwasserstoffe BTXE (C6–C8), native, mobile Verbindungen, d. h. verschiedenen Aliphaten, Aromaten, Cycloaliphaten, Naphthene, z. B. „Mitteldestillate“, „Kerosin“, „Paraffinöle“ (C10–C22) und höheren Kohlenwasserstoffen (C23–C40). Eine typische Eigenschaft beim gemeinsamen Auftreten von abfiltrierbaren Stoffen und Kohlenwasserstoffen ist die Bildung eines kompakten Kuchens an der Oberfläche von Membranen, Filtern und Porensystemen (Boden), der zu einer raschen Abnahme der Durchlässigkeit und damit zu einer deutlichen Verringerung der Permeabilität führt. Dies bedeutet, dass eine derart verunreinigte Versenkbohrung nur durch Einsatz sehr hohen Energieaufwandes bzw. nicht über einen betriebswirtschaftlich ausreichend langen Zeitraum genutzt werden kann. Weist der Untergrund eine niedrige Permeabilität auf, ist auf eine effektive Entfernung dieser Stoffe zu achten, um die Versenkbohrung nachhaltig zu schützen. Um auch künftig noch eine langfristig gesicherte Verpressung des Lagerstättenwassers selbst bei niedriger Permeabilität des Untergrundes gewährleisten zu können, wurde ein Verfahren erfolgreich getestet. Ziel dieses Verfahrens ist eine Elimination der partikulären Stoffe mit einem „Korndurchmesser“ > 5 µm sowie die Reduktion der freien und emulgierten Kohlenwasser- stoffe bis unter einen Grenzwert von 10 mg/l (gemessen als KW-Index, also der Öl-in-Wasser-Anteil). 2013 wurde hierzu ein Pilotversuche mit verschiedenen Lagerstättenwässern durchgeführt. Eine Kombination aus Flotation und Ultrafiltration mit Keramikmembranen hat sich als geeignete Verfahrenskombination erwiesen. Bauer Water führt aktuell Planungen für einen Energieerzeuger durch. Der Beginn der Realisierung ist für 2015/2016 vorgesehen. Fotos: Bauer Water, Fotolia www.bauer-water.com ungelöste, partikuläre Stoffe absetzbar (ASS) abfiltrierbar (AFS) Leichtflüssigkeiten Kohlenwasserstoffe (Kw) flüchtige, organische Substanzen organische Substanzen geringer Salzgehalt < 10 g/l gelöste Stoffe Salze mittlerer Salzgehalt < 50g/l hoher Salzgehalt > 50 g/l Metalle, N.O.R.M. physikalische Trennverfahren n n n n n n (n) (n) n n n n n (n) n n (n) (n) (n) (n) (n) (n) (n) (n) (n) (n) (n) chemische Behandlungsverfahren n n n n n thermische Trennverfahren n n n n n n n n (n) (n) (n) (n) (n) (n) (n) (n) biologische Behandlungsverfahren n n n (n) (n) n Quelle: Statuskonferenz Osnabrück, 18. Juni 2013, Dirk Weichgrebe, ISAH Eine Kombination aus Flotation und Ultrafiltration mit Keramikmembranen hat sich bei Pilotversuchen als geeignete Verfahrenskombination für die Aufbereitung von Lagerstättenwasser erwiesen wlb 3/2015 21