Verfahrensscreening zur Ermittlung von geeigneten Behandlungsverfahren komplexer Grundwasserschäden

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1 Verfahrensscreening zur Ermittlung von geeigneten Behandlungsverfahren komplexer Grundwasserschäden Dr. Johannes Leonhäuser, Torsten Erwe, Dirk Weißenberg Hattingen,

2 Inhalt Daten und Fakten zu Bayer und Bayer Technology Services (BTS) Page 2

3 Bayer Technology Services GmbH Holding Arbeitsgebiete Bayer HealthCare Konzernvorstand Corporate Center Umsatz weltweit Bayer AG (*) 400 Mio. Mitarbeiter weltweit (**) (*) 2007 (**) Kundensegmente Health Care Crop Science Material Science / Polymers Chemicals Bayer Bayer CropScience MaterialScience Servicegebiete Bayer Business Services Angebot von Technologie- Dienstleistungen am externen Markt Bayer Technology Services Currenta D0303A Page 3

4 Bayerwerk Leverkusen in der Vergangenheit Page 4

5 Page 5

6 Umweltschutz im Chemiepark Leverkusen Leverkusen Werk (300 ha) Abwasser-Vorbehandlung Abgasbehandlung Page 6 Entsorgungs- Zentrum (100 ha) Kläranlage Abfallverbrennung Deponie

7 Herausforderungen Inhaltsstoffe : x y z l m Qualität A? Qualität B Inhaltsstoffe: x y... l... n Anorganika Organika (CN -, SO 2-3, N 2 H 4, PO 2-4, F-, NH 3, S 2-, NH 2 OH,...) Schwermetalle (AOX, CSB, TOC, BSB, org. N, org. P, LHKW, Tenside, Öle, Farbstoffe, Pharmazeutika, toxische Verb.,...) Mikroorganismen (Hg, Pb, Cd, Cu, Cr, As, Ni,...) (Bakterien, Algen, Viren, Protozoen,...) Betriebsprobleme ( Korrosion, Schaumbildung, Fouling/Scaling, Geruch,...) Feststoffe (inerte Feststoffe, Suspensa, Ausfällungen,...) Page 7

8 BTS Water Treatment TOOLBOX Chemische Verfahren Nassoxidation mit Sauerstoff, H 2 O 2, O 3,... Chem. Reduktion mit Fe, Fe 2+, SO 3 2-,... Fällung Ionenaustausch Elektrolyse Anti-Scaling-Mittel Ant-Korrosions-Mittel Physikalische Verfahren Flockung, Koaggulation Adsorption (Aktivkohle, synthet. Harze, Zeolithe) Flüssig / Flüssig-Extraktion Emulsionsspaltung Strahlung (UV, VIS, e-,...) Thermische Verfahren Strippung Destillation Evaporation Hydrolyse Gefriertrocknung / -konzentrierung Verbrennung Page 8 vorhandene Verfahren, wenn verfügbar Anpassung und Optimierung, soweit erforderlich eigene Verfahrensentwicklung, wenn kein adäquates Verfahren existiert(e) Biologische Verfahren Anaerobe Abwasserreinigung Aerobe Abwasserreinigung Nitrifikation / Denitrifikation Festbettverfahren mit Spezialbiozönosen Mechanische Verfahren Flotation Filtration Sedimentation / Zentrifugation Membranfiltration Magnetische Trennung

9 Unsere Vorgehensweise Abwasser Abwasser-Management vom Stripper Feed ph H 2 SO 4 B 1 P 1? Page 9 Problem Voruntersuchungen KW R 1 Alternativenbewertung best-geeignetes Konzept / PC Verfahren Energie- / Chemikalienverbrauch Filtrat Parameterstudien optimale Prozessbedingungen Schlamm Prinzipversuche P 2 M (30% TS) Kanal Alternativen Problemanalyse FeSO4 H2O2 NaOH Process Technology Beschaffung Detail- Engineering ph Kostenkalkulation Genehmigungsplanung Basic engineering Pilotierung R 2 Inbetriebnahme Anlagenbau Engineering Pre-basic Design! Lösung Betriebsoptimierung Trouble-shooting

10 Labor- und Pilotanlagen Page 10

11 Rahmenbedingungen Sickerwassersituation Sickerwassermenge geschätzt m³/jahr (Ø 3,5 m³/h, schwankend) Hohe Sulfid- bzw. Schwefelwasserstoffgehalte, zu erwarten Ø ca. 700 mg/l S 2-, Maximalwerte > mg/l (?), Zusammensetzung wird sich durch Sanierung des Haldengrabens ändern Zielstellung Behandlung des Sickerwassers (Sulfidentfernung) zur Einleitung in den kommunalen Abwasserkanal (Option: Direkteinleitung in Saubach oder andere Entsorgungsmöglichkeiten) Langfristiger Anlagenbetrieb (-> besonderes Gewicht auf geringen Betriebskosten) Betreuungs- und wartungsarmer Anlagenbetrieb (robustes Verfahren, automatisiert) Page 11

12 Vorgehen 1.) Verfahrensvariantenvergleich (theoretisch & experimentell) technische Machbarkeit erreichbare Eliminationsraten Reststoffanfall Robustheit / Komplexizitätsgrad des Verfahrens Betriebs- und Investkosten 2.) Pilotierung Verfahrensnachweis (Effizienz, Stabilität) Ermittlung der Auslegungsdaten für die Anlage Gewinnung der Daten für eine Ausschreibung 3.) Ausschreibung Page 12

13 Verfahrensoptionen 1. Fällverfahren Feststoffhandling erforderlich Kosten durch Entsorgung des Feststoffs 1.1 Fe(II)- oder Fe(III)-Verbindungen + einfaches, stabiles Verfahren + anpassbar an Schwankungen 1.2 Elektrokoagulation 2. Strippung + einfaches, stabiles Verfahren Abluftbehandlung erforderlich Page 13

14 Verfahrensoptionen 3. Oxidationsverfahren + kein Schlammanfall bei Oxidation zu Sulfat + Wertstoff (?) bei Oxidation zu Schwefel Sulfatableitung oder Fällung erforderlich 3.1 Wasserstoffperoxid hohe Kosten des Oxidationsmittels 3.2 Sauerstoff + geringe Kosten des Oxidationsmittels erhöhte Investkosten durch erhöhte Temperatur 3.3 biologische Oxidation + geringste Kosten des Oxidationsmittels komplexes Verfahren Page 14

15 Sickerwasseraufarbeitung Verfahrensbewertung Fällung: etabliertes Verfahren Empfehlung: FeCl 2 (Umstieg jederzeit möglich Entwicklung Siwa-Zusammensetzung Strippung : reizvolle Option (Stoffrückgewinnung, geringerer Chemikalienverbrauch, keine Entsorgung), Aber: Kostenrisiko, falls kostenlose Abgabe der NaHS-Lösung wegfällt (Änderung Qualität, keine langfristige Bindung, ) Chemische Oxidationsverfahren: Betriebskosten deutlich zu hoch Biologische Sulfidentfernung: Erhebliches Potential zum Verfahren der Wahl (geringste Betriebskosten, geringe Chloridkonzentration, reduzierte Sges- Konz.) aber kein erprobtes Verfahren in dieser Anwendung! (mögliche Probleme: Ausfällung von Gips im Bioreaktor, Scaling und mögliche Nachfällung) Page 15

16 Sickerwasseraufarbeitung Rhenania-Halde Verfahrensbewertung (Max) (Max) Page 16

17 Sickerwasseraufarbeitung Betriebskosten Verfahren Spezifische Betriebskosten (Chemikalien- und Entsorgungskosten) Jährliche Betriebskosten (Chemikalien- und Entsorgungskosten) m³/a m³/a Fällung (Fe 2+ ) MIN 0,1 /m³ MEAN 6,0 /m³ MAX 15,6 /m³ Strippung *1) *2) MIN < 0,3 /m³ *3) MEAN 3,8 /m³ MAX 9,6 /m³ Biologisches Verfahren *2) MIN < 0,4 /m³ *3) MEAN 1,4 /m³ MAX 6,6 /m³ *1) kostenlose Abgabe der Ablauge aus Absorption vorausgesetzt *2) keine Kosten für evtl. Ablufbehandlung berücksichtigt *3) theoretischer Wert, Verfahren wird unter diesen Randbedingungen nicht empfohlen Page 17

18 Sickerwasseraufarbeitung Investitionskosten Enthaltene Posten: - stand alone Package units - zugehörigen Aggregate wie Pumpen, Rührwerke, - Lagertanks für Chemikalien, Pufferbehälter für Sickerwasser, Schlammspeicher - Rohrleitungen, Isolierung, PLT, PLS Nicht enthaltene Posten: - Baumaßnahmen, Infrastruktur Investitionskosten (+/- 30%): Fällung: T Strippung: 540 T Biologische Oxidation: T Page 18

19 Geeignete Verfahren zur Sulfidentfernung aus Sickerwasser sind: Fällung, Strippung und chemische oder biologische Oxidation Fällung führt aufgrund des Chemikalieneinsatzes und der Entsorgungskosten zu sehr hohen Betriebskosten Durch Strippung entstehen große Mengen an NaHS die derzeit kostenlos abgegeben werden können - stellen jedoch ein hohes Kostenrisiko für die Zukunft dar; sicher Betrieb der Strippkolonne kann nicht gewährleistet werden Bei chemischen Oxidationsverfahren sind die Betriebskosten sehr hoch Biologische Sulfidentfernung weist die geringsten Betriebskosten auf ist aber kein erprobtes Verfahren Biologische Sulfidentfernung soll weiter verfolgt werden, Labor- und Pilotversuche sind vorgesehen Page 19

20 Torsten Erwe BTS-BM-AM Leverkusen, K 9 Phone:

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