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Untersuchungen zum Einsatz von Aktivkohle in der BAYERNOIL Raffinerie am Standort Vohburg

 
Bauingenieurwesen
Entnahme von Abwasserproben am Cyclator 1.
Entnahme von Abwasserproben am Cyclator 1.
01.10.2017

Studiengang

Bauingenieurwesen (B.Eng.)

Projektbeschreibung

Mitte Oktober 2017 besuchten Studenten der Hochschule Augsburg die BAYERNOIL Raffinerie am Standort Vohburg. Im Rahmen einer Projektarbeit sollen die angehenden Bauingenieure eine Empfehlung für eine verbesserte Abwasseraufbereitung durch den Einsatz von Pulveraktivkohle erarbeiten.

Beteiligte Personen

 

Das auf der Anlage anfallende Abwasser besteht aus vier unterschiedlichen Strömen: Entsalzerwasser, ölhaltiges Wasser, Kühlwasser und ein kleiner Teil Sanitärabwasser. Die unterschiedlichen Ströme werden teilweise vermischt und in der zweistraßigen biologischen Kläranlage aufbereitet.

Wie wird das Wasser aufbereitet?

Im ersten Schritt wird in den Separatoren das Groböl abgeschieden. Anschließend werden in der Flotationsanlage Sulfide abgetrennt. Das weitgehend ölfreie Abwasser gelangt im dritten Schritt in die biologische Reinigungsstufe. Hier werden durch mikrobiologische Vorgänge organische Verbindungen abgebaut. Herkömmliche Kläranlagen enden nun mit der darauffolgenden Nachklärung.

In Vohburg fällt bei der Verarbeitung von Erdöl Abwasser mit einem hohen inerten Kohlenstoffanteil an. Inert bedeutet, dass der Kohlenstoff unabhängig davon, ob dieser gelöst oder ungelöst vorliegt, nicht biologisch abgebaut werden kann. Um dennoch den geforderten Grenzwert von 80 mg/l für die Einleitung des Wassers in die Paar einhalten zu können, wurde bis Mitte Oktober eine großtechnische Versuchsanlage für die Zudosierung von Pulveraktivkohle betrieben.

 
Pulveraktivkohle.
Pulveraktivkohle.
Was ist Aktivkohle und wie funktioniert sie?

Aktivkohle entsteht durch das Verkohlen von Stoffen wie z.B. Torf, Holz oder Braunkohle. Durch die anschließende Bearbeitung mit heißem Wasserdampf entsteht ein Porensystem, welches maßgebend für die hohe Adsorptionsfähigkeit der Aktivkohle ist. Durch diese poröse Struktur entsteht eine große Oberfläche, an der inerter Kohlenstoff sorbiert – also „angeheftet“ - werden kann. Die Oberfläche, die von 1 g Aktivkohle zur Verfügung gestellt wird, beträgt dabei ca. 950 m². Dies entspricht ungefähr einem halben Eishockeyfeld. Mit der Entnahme der beladenen Aktivkohle aus der Kläranlage werden gleichzeitig die sorbierten Stoffe aus dem Abwasser entfernt.

 

Die Aktivkohle wird dem biologisch gereinigten Abwasser im Ablauf der Nachklärung zudosiert. Das Wasser-Aktivkohle-Gemisch wird anschließend in die Cyclatoren geleitet. Dort „heftet“ sich der Kohlenstoff während der Aufenthaltszeit an die Pulveraktivkohle an. Die Konzentration des Kohlenstoffes im Abwasser wird durch den CSB-Wert ausgedrückt.
Was ist der CSB-Wert?

CSB ist die Abkürzung für den chemischen Sauerstoffbedarf. Er kennzeichnet die Menge an Sauerstoff, die zur Oxidation von Kohlenstoff benötigt wird. Zusammen mit anderen Parametern dient der CSB-Wert der Kontrolle der Reinigungsleistung von Kläranlagen. Ist der CSB-Wert zu hoch, besteht z.B. das Risiko, dass Gewässer umkippen können.
Im Zuge der Besichtigung der Kläranlage wurden von den Studenten Abwasserproben genommen. Durch Untersuchungen des Wassers im Labor der Hochschule Augsburg konnten verschiedene Werte ermittelt werden, die als Grundlage für eine Dosierungsempfehlung dienen.

 
Was wurde untersucht?

Im Labor der Hochschule Augsburg wurden Versuche mit den Proben aus dem Ablauf der biologischen Reinigungsstufe zur Optimierung der Pulveraktivkohledosierung bzw. der CSB-Konzentration durchgeführt. Hierbei wurden konkret die Sorptionskapazität, die Absetzgeschwindigkeit und die Auswirkung verschiedener Dosierungen der Pulveraktivkohle untersucht. Diese Versuche wurden für verschiedene Aktivkohlen durchgeführt und im Anschluss verglichen. Durch Absetzversuche, sollten Erkenntnisse über das Absetzverhalten der Aktivkohlen und den Einfluss von Flockungshilfsmittel erlangt werden. Dabei spielte die Trübung der Absetzproben eine wichtige Rolle. Zur Messung der Trübung wurde den Studenten ein Trübungsmessgerät von Bayernoil zur Verfügung gestellt.

Versuch im Labor der Hochschule Augsburg.
Versuch im Labor der Hochschule Augsburg.
 

Beispielsweise wurde die in Vohburg eingesetzte Pulveraktivkohle, Donaucarbon Carbopal, getestet. Das nachstehende Diagramm zeigt, wie sich die Konzentration dieser Aktivkohle auf den CSB-Wert auswirkt. Ausgehend von einer Konzentration an CSB von 89,1 mg/l sind alle drei Dosierungen in der Lage den CSB-Wert bereits nach fünf Minuten deutlich unter den geforderten Grenzwert von 80 mg/l zu senken. Bei einer Aktivkohlezugabe von 15 kg/h, welche der Dosierung in Vohburg entspricht, nimmt die CSB-Konzentration während der Reaktionszeit von 37 Minuten um mehr als 50 % ab.

 
Diagramm: Einfluss der Aktivkohle auf den CSB-Wert.
Diagramm: Einfluss der Aktivkohle auf den CSB-Wert.
 

Wie bereits das Diagramm zeigt, ist der Einsatz von Pulveraktivkohle ein effektives Mittel zur Reduzierung der CSB-Konzentration. Als Resultat der Untersuchungen entwickeln die Studenten eine Dosierempfehlung für Bayernoil. Dabei zeigte sich beispielsweise, dass bei einem in der Kläranlage gemessenen CSB-Wert von ca. 90 mg/l bereits eine Zugabe von 5 kg Pulveraktivkohle pro Stunde ausreichend sein kann.

Hinsichtlich des Flockungshilfsmittels, welches den Absetzprozess der Aktivkohle verbessern soll, ergaben die Versuche, dass die Verwendung des Mittels keinen nennenswerten Vorteil bietet.

Das gewählte Vorgehen von Bayernoil, Aktivkohle in den Prozess der Wasseraufbereitung einzubeziehen, stellt in Verbindung mit der erarbeiteten Empfehlung der Studenten eine wirkungsvolle und schnelle Möglichkeit dar auch bei problematischerer Abwasserzusammensetzung die geforderten CSB-Grenzwerte sicher einzuhalten.

 
Projektgruppe der Hochschule Augsburg auf der Kläranlage.
Projektgruppe der Hochschule Augsburg auf der Kläranlage
 
Großtechnische Dosieranlage für Pulveraktivkohle (Firma Sülzle-Kopf Anlagenbau).
Großtechnische Dosieranlage für Pulveraktivkohle (Firma Sülzle-Kopf Anlagenbau).