PROCESS FOR THE TREATMENT OF SPENT DRILLING-MUD

Abstract: 1. Process for the disposal of spent deep-well drilling muds of swellable clay mineral (bentonite) which is reduced to slime in water, and of a drilling mud additive such as carboxymethyl cellulose (CMC), characterized in that the disposal of the drilling mud takes place in a communal domestic clarification plant known per se in a manner in which the drilling mud is added in regulated quantity to the inlet to the clarification plant, so that a disintegration of the organic content substances of the drilling mud takes place in every purification stage, while for the relief of the biological stage of the clarification plant the clay mineral (bentonite), thus diluted, of the drilling mud is usable as inorganic flocculation agent in the communal clarification plant and serves for the separation of suspended substances which are difficult or impossible to settle out and/or of colloidally dissolved substances.

Description: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entsorgung verbrauchter Tiefbohrspülungen, insbesondere mit einer Spülung aus quellfähigem Tonmineral (Bentonit), der in Wasser aufgeschlämmt ist und einem Spülungszusatz wie Carboxymethylcellulose (CMC). Tiefbohrungen werden im In- und Ausland zur Erschliessung von Erdgas bzw. Erdöl niedergebracht. Je nach Abführung des Bohrkleins unterscheidet man zwischen Trockenbohren und Spülbohren. Beim Spülbohren wird dem Bohrloch durch das Bohrgestänge#die sogenannte Spülung zugeführt, die mehreren Aufgaben gerecht werden muss. Sie muss in erster Linie die Gesteinstrümmer, das Bohrklein, von der Bohrlochsohle abführen, um sie wieder freizumachen. Ausserdem muss sie das Bohrwerkzeug kühlen, d. h. durch Reibung entstehende Wärme abführen. Weiter verhindert die Flüssigkeit die Staubbildung. Bei Tiefbohrungen werden sogenannte Trübeoder Dickspülungen verwendet, die zusätzlich die Aufgabe der Abdichtung der Bohrlochwandung im unverrohrten Teil haben und die dem Schutz gegen Gas ausbrüche dienen. Dies wird unter anderem durch Tonmineralzusätze zum Wasser erreicht. Die Tonmineraispülung auf Wasserbasis wird für Tiefbohrungen verwendet. Dabei erfolgt die Aufschlämmung von quellfähigem Ton, meist Natriumbentonit, in Wasser. Die Ausflockung des Bentonits durch Elektrolyte sowie zu grosse Wasserabgabe wird durch sogenannte Schutzkolloide (z. B. Carboxymethylcellulose (CMC) und anderen Spülungszusätzen beeinflusst. Die Spülung muss von Zeit zu Zeit regeneriert werden, wobei ein Teil der Spülung von der Bohranlage ausgeschert und entsorgt werden muss. Diese Entsorgung von verbrauchten Spülungen geschah bisher meist in speziellen Gruben, an deren Bodenbeschaffenheit spezielle Anforderungen gestellt wurden. Insbesondere darf die verbrauchte Spülung nicht in Kontakt mit Grundwasser kommen, sodass nur wasserundurchlässige alte Tongruben als Lagerstätte verwendet werden konnten. Die Bestandteile Bentonit und CMC in der Spülung sind stark wasserbindend, sodass sie im Gegensatz zu üblichem Schlamm schwer absetzbar sind. Dies führte dazu, dass derartige Gruben über einen langen Zeitraum von vielen Jahren nicht mehr verwendet werden können. Deshalb werden von den Behörden derartige Gruben zur Lagerung von verbrauchter Tiefbohrspülung nur unter erschwerten Bedingungen oder gar nicht genehmigt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Entsorgung von verbrauchten Tiefbohrspülungen zu ermitteln, welches nicht mehr abhängig ist von den herkömmlichen Gruben und durch welches eine umweltfreundliche Beseitigung der anfallenden Spülung möglich ist. Diese Aufgabe wird durch den Anspruch 1 und insbesondere dadurch gelöst, dass die Entsorgung der Spülung in einer an sich bekannten kommunalen Kläranlage für Haushalte erfolgt. Dies kann insbesondere dadurch geschehen, dass die Spülung dem Abwasser der Kläranlage dosiert zugegeben wird, so dass in jeder Abwasser-Reinigungsstufe ein Abbau der organischen Inhaltsstoffe der Spülung bzw. eine Vermischung und Verdünnung der Spülung und damit eine Herabsetzung des Sauerstoffbedarfs der Spülung erfolgt, wobei zur Entlastung der biologischen-Stufe der Kläranlage das so verdünnte Tonmineral (Bentonit) der Spülung als anorganisches Flockungsmittel in der kommunalen Kläranlage verwendet wird und zur Abscheidung nicht- oder schwer absetzbarer Schwebstoffe bzw. kolloidal gelöster Substanzen dient. Eventuelle restliche Teile des Tonminerals sowie des CMC können in einer biologischen Abwasserreinigungsstufe verarbeitet werden. In der Abwasserreinigung ist es bekannt, häusliche oder auch gewerbliche Abwasser in mehr oder weniger aufwendigen Verfahren zu reinigen, um es der sogenannten Vorflut wieder zuführen zu können. So werden oft zur Reinigung des Abwassers mechanische, biologische und chemische Reinigungsstufen hintereinander geschaltet. Bei der biologischen Reinigungsstufe ist besonders das Belebtschlammverfahren zu erwähnen. Die Abwasserreinigung ist im allgemeinen ganz speziell auf die anfallenden Abwasser ausgerichtet. Es werden jedoch im allgemeinen häusliche und gewerbliche Abwasser gemeinsam behandelt, d. h. kommunale Abwasserreinigungsanlagen verarbeiten im allgemeinen alle in ihrem Einzugsgebiet anfallende Abwasser. Kern der Erfindung ist es nun, die beim Tiefbohren anfallende verbrauchte Tiefbohrspülung durch eine kommunale Abwasser-Kläranlage zu verarbeiten. Dabei soll sich das Verfahren positiv auf den Klärungsprozess sowie auf dessen Ergebnis auswirken. Zunächst ist man davon ausgegangen, dass die Zufuhr einer derart konzentrierten Lösung, wie es eine Tiefbohrspülung darstellt, das Gleichgewicht einer Kläranlage negativ beeinflusst. Die anfallende Spülflüssigkeit hat nämlich z. B. folgende Zusammensetzung: 1 cbm Flüssigkeit enthält 50 kg Bentonit (Tonmineral) und 10 kg Carboxymethylcellulose (CMC). Umfangreiche Versuche haben nun ergeben, dass eine dosierte Zuführung der Spülung zur Kläranlage dem Reinigungsverlauf des Abwassers nicht schadet, sondern diesen positiv#be- einflusst. In ausreichender Verdünnung der Spülung wirkt sich nämlich das Bentonit (Tonmineral) als Flockungsmittel aus und dient demnach in der mechanischen Reinigungsstufe als Adsorptionsmittel, zur Abscheidung nicht- oder schwer absetzbarer Schwebstoffe und kolloidal gelöster Substanzen. Durch den Einsatz der Tiefbohrspülung kann deshalb der Zusatz von anderen Flockungsmitteln wie Eisensulfat, Eisenchlorid in Verbindung mit Kalk oder hochmolekulare organische Flockungshilfsmittel gegebenenfalls eingespart werden. Im übrigen verarbeitet eine herkömmliche kommunale Kläranlage die anfallende Tiefbohrspülung ohne weiteres, sofern eine ausreichende Verdünnung und Vermischung stattfindet. In der biologischen Reinigungsstufe der Kläranlage wird der restliche Anteil des Tonminerals sowie der Carboxymethylcellulose {CMC) verarbeitet. Der in der Kläranlage anfallende Klärschlamm wird durch das zugeführte Bentonit (Tonmineral) für die Landwirtschaft wertvoller, da dieser Zusatz zur Bodenverbesserung beiträgt. Das Verfahren zeichnet sich deshalb durch Verbesserung der Absetzwirkung von Schwebstoffen im kommunalen Abwasser aus, sowie durch umweltfreundliche Entsorgung von anfallender verbrauchter Tiefbohrspülung. Der anfallende Klärschlamm ist durch das erfindungsgemässe Verfahren für eine landwirtschaftliche Nutzung ebenfalls verbessert worden. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Massnahmen ist eine vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist, dass der Kläranlage Abwasser und Tiefbohrspülung im Verhältnis von ca. 100 : 1 zugeführt wird. Die Zugabe der Tiefbohrspülung sollte vor zugsweise vor dem eigentlichen Klärbecken erfolgen, um schon vorab eine gute Durchmischung zu erhalten. So wird z. B. bei einem Trockenwetterabfluss von 400 Liter pro Sekunde Abwasser maximal 4 Liter pro Sekunde Tiefbohrspülung zugegeben. Durch erfindungsgemässe Zwischenlagerung der Tiefbohrspülung in einem nebengeordneten Becken ist es möglich, eine genaue dosierte Zugabe der Spülung zum Abwasser zu erreichen. Vorteilhaft ist weiterhin, dass die Vermischung des kommunalen Abwassers mit der Spülung im Zulauf zur Kläranlage derart erfolgt, dass der Wert des Sauerstoffbedarfs (CSB-Wert) der Spülung nicht über dem nach der Bemessung der Kläranlage zulässigen Wert liegt. Der Sauerstoffbedarf ist ein geeignetes Mass für den Verschmutzungsgrad und zugleich Grundlage für die Vorkehrungen, die für die Wasserreinigung getroffen werden müssen. Man unterscheidet zwischen dem chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) und dem biochemischen Sauerstoffbedarf (BSB). Die anfallende Spülung hat z. B. einen CSB-Wert von 1000 m#/l. Dieser Wert wird durch dosierte Zugabe herabgesetzt. Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass die kommunale Kläranlage eine mechanische Abwasserreinigungsstufe mit Sandfang und Absetzbecken zur Abscheidung absetzbarer und leicht schwimmbarer Stoffe aufweist, in welcher das Bentonit als Flockungsmittel zur Abscheidung nicht- oder schwer absetzbarer Stoffe im Adsorptionsverfahren wirkt und eine biologische Abwasserreinigungsstufe zum Abbau von gelösten, organischen Bestandteilen des Abwassers, d. h. zur Bindung und zum Abbau des restlichen Teils des Bentonits sowie der Carboxymethylcellulose (CMC) an die Belebtschlamm- flocke. Durch die erfindungsgemässe Ausnutzung der vorhandenen Anlage wird eine optimale Entsorgung der anfallenden Tiefbohrspülung erzielt. Im folgenden soll die Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels kurz erläutert werden. Die Tiefbohrspülung wird in einer Zusammensetzung von 50 kg Bentonid und 10 kg CMC pro 1 cbm Flüssigkeit angeliefert. Neben der Kläranlage ist ein Becken zur Zwischenlagerung der Spülung vorgesehen. Schon ca. 100 m vor der eigentlichen Kläranlage erfolgt die Vermischung der Spülung mit dem zu klärenden Abwasser, durch dosierte Zugabe der Spülung zur Zufuhrleitung. Es erfolgt eine dosierte Zugabe von maximal 4 1/sec. bei einem Trockenwetterabfluss von 400 I/sec. Abwasser. Hierdurch wird eine Verringerung des CSB-Wertes der Spülung erreicht. Die an sich bekannte Kläranlage für kommunale Abwasser weist ein Absetzbecken auf, welches von dem Abwasser in stark verringerter Fliessgeschwindigkeit durchströmt wird, so dass sich abscheidbare Stoffe als Bodenschlamm absetzen können oder spezifisch leichtere Stoffe an der Oberfläche aufschwemmen und entfernt werden können, während sich sandige Stoffe in einem vorgeschalteten Sandfang absetzen. In dem Absetzbecken findet nebeneinander simultan die Adsorption von Schmutzteilchen an Bentonit und die Sedimentation aller absetzbarer Stoffe statt. Dies geschieht insbesondere durch Mitwirkung des Bentonits (Tonmineral), da dieses in abgeschwächter Konzentration als anorganisches Adsorptionsmittel wirkt und Inhaltsstoffe des Abwassers an sich bindet und sich mit diesen absetzt. Dieser Vorgang ist z. B. in herkömmlichen Erdgruben in dieser Art und Weise nicht möglich, da infolge der hohen Konzentration des Bentonids keine Ent wässerung stattfindet. Dieser mechanischen Reinigungsstufe ist eine weitere biologische Reinigungsstufe nachgeschaltet, um die restlichen Feinteile des Bentonids durch den Belebtschlamm zu binden. Die biologische Abwasserreinigung dient vornehmlich der Entfernung gelöster organischer Substanzen. Es findet jedoch auch eine Adsorption des restlichen Bentonits sowie ein Abbau der Carboxymethylcellulose statt, so dass das ge reinigte Abwasser einschliesslich gereinigter Tiéf- bohrspülung der Vorflut wieder zugeführt werden kann. Es hat sich gezeigt, dass der anfallende Klärschlamm durch die abgesetzten Tonmineralien für die Landwirtschaft wertvoller wird. Ingesamt wird deshalb ein neues, umweltfreundliches Verfahren zur Reinigung von verbrauchten Spülungen aus Tiefbohrungen geschaffen.

Claims: Amtl. Bezeichnung: "Verfahrenzur Entsorgung ver brauchter Tiefbohrspülungen" A n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Entsorgung verbrauchter Tiefbohrspülungen, insbesondere mit einer Spülung aus quellfähigem Tonmineral (Bentonit), der in Wasser aufgeschlämmt ist und einem Spülungszusatz wie Carboxymethylcellulose (CMC), dadurch gekennzeichnet, dass die Entsorgung der Spülung in einer an sich bekannten kommunalen Kläranlage für Haushalte derart erfolgt, dass die Spülung dem Zulauf zu der Kläranlage dosiert zugegeben wird, sodass in jeder Reinigungsstufe ein Abbau der organischen Inhaltsstoffe der Spülung erfolgt, wobei zur Entlastung der biologischen Stufe der Kläranlage das so verdünnte Tonmineral (Bentonit) der Spülung als anorganisches Flockungsmittel in der kommunalen Kläranlage verwendbar ist und zur Abscheidung nicht- oder schwer absetzbarer Schwebstoffe bzw. kolloidal gelöster Substanzen dient. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kläranlage Abwasser und Tiefbohrspülung im Verhältnis von ca. 1 : 100 zugeführt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermischung des kommunalen Abwassers mit der Spülung im Zulauf zur Kläranlage derart erfolgt, dass der Wert des Sauerstoffbedarfs (CSB-Wert) der Spülung nicht über dem nach der Bemessung der Kläranlage zulässigen Wert liegt. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kommunale Kläranlage in ans ich bekannter Weise eine mechanische Abwasserreinigungsstufe mit Sandfang und Absetzbecken zur Abscheidung absetzbarer und leicht schwimmbarer Stoffe-aüf- weist, in welcher das Bentonit als Flockungsmittel zur Abscheidung nicht oder schwer absetzbarer Stoffe im Adsorp tionsverfahren wirkt, und dass eine biologische Abwasserreinigungsstufe vorgesehen ist, zur Bindung und zum Abbau des restlichen Teils des Tonminerals (Bentonit) sowie der Carboxymethylcellulose (CMC) an die Belebtschlarnmf locke. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefbohrspülung vor Zugabe zur Kläranlage in einem nebengeordneten Becken zwischengelagert wird und aus diesem Becken dosiert dem Zulauf der Kläranlage zugegeben werden kann.

Inventors: KAPPLER, WOLFGANG
Applicants: KAPPLER, WOLFGANG
Application year: 1983
Main classification: C02F1
IPC codes: C02F1, C02F3, C02F9