Auswahl und Spezifikation von Schlammvorratstanks für schwierige Flüssigkeiten
Erstellt 09.04
Auswahl und Spezifikation von Schlammvorratstanks für schwierige Fluide
Ein Schlammvorratstank wird anhand der Trockenmasse, die er aufnehmen muss, und der Anzahl der Tage, über die er sie aufnehmen muss, dimensioniert – nicht anhand einer Durchflusszahl. Das Nutzvolumen ergibt sich aus der täglichen Trockenmasse geteilt durch die Lagerkonzentration, multipliziert mit den Vorhaltetagen, zuzüglich Freibord für das Sediment und den Schaum, die sich absetzen. Glasemaillierter Stahl hält dem Fluid stand, da das Email über den pH-Bereich von 1–14 inert ist und eine Oberfläche unter Ra 0,8 µm aufweist, was die Anhaftung eines klebrigen Schlamms verringert. Die beiden Konstruktionsaspekte, die darüber entscheiden, ob der Tank funktioniert, sind die Rührvorrichtung, um die Feststoffe in Bewegung zu halten, sowie die Behandlung der Entlüftung und des Gasraums für den Schwefelwasserstoff, den der gelagerte Schlamm erzeugt.
Schlamm ist der am wenigsten glamouröse Strom in einer Kläranlage und der schädlichste für einen Tank. Er ist dickflüssig, setzt sich ab, wird innerhalb von Stunden nach dem Stopp anaerob, riecht und enthält eine korrosive Mischung aus Sulfid, Ammoniak und organischer Säure. Ein Tank aus Kohlenstoffstahl mit lackiertem Innenraum hält ihm einige Jahre stand und versagt dann an der Flüssigkeitslinie und unter dem Sediment. Dieser Artikel behandelt die Volumenberechnung, den Rühraufwand, die Frage der Auskleidung, den oft übersehenen Gasraum sowie die Niveaukontrolle und Inspektion, die verhindern, dass ein Schlammtank überläuft.
Dimensionierung nach Trockenmasse und Haltetagen
Die Volumenfrage ist eine Massenbilanz der Trockensubstanz und zuverlässiger als jede Durchflusszahl. Beginne mit der täglichen Trockensubstanzmasse aus dem vorgelagerten Prozess, teile sie durch die Konzentration, die der Tank aufnehmen soll, und du erhältst das Tagesvolumen; multipliziere es mit der Anzahl der Tage, die der Tank abdecken muss, die sich aus dem Ablass- oder Entwässerungsplan und der Notwendigkeit ergibt, ein Wochenende oder einen Wartungsstopp zu überbrücken. Dann füge Freibord für das sich absetzende Sediment und den aufsteigenden Schaum hinzu, denn beide verbrauchen innerhalb von Wochen nutzbares Volumen.
Ein durchgerechnetes Beispiel: 8 Tonnen Trockenmasse pro Tag, die bei 5 Prozent Konzentration ankommen, ergeben 160 m³ Schlamm pro Tag. Eine Aufbewahrung über fünf Tage bedeutet 800 m³ nutzbaren Speicher, und mit einem Zuschlag für Sediment und Schaum von etwa 15 Prozent wird der Mantel auf knapp 920 m³ ausgelegt. Diese Zahl ist für einen geschraubten Tank bescheiden und für ein vor Ort errichtetes Becken unhandlich – was der übliche Grund dafür ist, dass ein Betreiber am Ende einen Tank kauft, statt ein Becken auszuheben. Größere Anlagen skalieren auf dieselbe Weise, und einzelne geschraubte Tanks werden bis zu 60.000 m³ geliefert, wo der Pufferbedarf wächst.
Rührwerk: der Punkt, der entscheidet, ob der Tank sein Volumen hält
Ein Schlammtank ohne Rührwerk ist ein Absetzbecken, und ein Absetzbecken verliert an Volumen, wenn sich die Schlammdecke verdickt. Schlamm setzt sich schnell ab; innerhalb einer Schicht bildet sich auf dem Boden eines ungerührten Tanks ein kompaktes Bett, und einen Monat später kann dieses Bett ein Drittel des Tanks einnehmen. Mechanische Rührwerke oder Gasmischung halten die Feststoffe in Suspension oder halten sie so beweglich, dass sie gepumpt werden können, und beides hat Kostenfolgen: Mechanische Mischer benötigen Strom und Lagerschutz gegen abrasiven Sand, die Gasmischung nutzt das Faulgas oder ein Gebläse und benötigt einen Verteilerkopf, der nicht verstopft.
Zwei Details sind wichtiger als der Mischertyp. Das erste ist die Anordnung: Rührwerke, die so platziert sind, dass keine Totzone entsteht, in der sich schwerer Sand sammelt, und ein Auslass, der von einer Stelle abzieht, die kein verdichtetes Bett in die Pumpe ziehen kann. Das zweite ist der Gasraum: Aufgerührter Schlamm setzt Schwefelwasserstoff und Methan in den Gasraum frei, daher muss die Entlüftung für die Gaserzeugung dimensioniert sein und der Stahl des Gasraums für eine korrosive Atmosphäre behandelt werden. Rühren ohne Gasstrategie verlagert das Korrosionsproblem lediglich von der Flüssigkeitsleitung auf das Dach.
Auskleidung und der Emaille-Fall
Der Faulschlamm ist die aggressivste Umgebung, der ein Tankinneres ausgesetzt sein kann, und er ist sauer und sulfidhaltig. Sobald der Schlamm aufhört, sich zu bewegen, produzieren anaerobe Bakterien flüchtige Fettsäuren und Schwefelwasserstoff, der pH-Wert sinkt lokal ab, und Sulfid greift den Stahl an. Glasemaillierter Stahl nimmt der Auskleidung dieses Problem: Das Email wird bei 820–930 °C mit dem Stahl zu einer 0,25–0,45 mm dicken Schicht verschmolzen, die mit über 3.450 N/cm² bewertet ist, über einen pH-Bereich von 1–14 chemisch inert ist, nach der Montage einer Funkentladungsprüfung bei 1500 V DC unterzogen wird und für mindestens 30 Jahre spezifiziert ist. Seine Oberfläche liegt unter Ra 0,8 µm, was bei klebrigem Schlamm erwähnenswert ist, da es die Adhäsion an Wand und Boden verringert.
Die verbleibenden Versagensarten sind Delaminierung und Nadelstiche, und die praktische Reaktion ist eine werksseitige Funkenprüfaufzeichnung statt einer Feldreparatur. Eine Alternative aus schmelzgebundenem Epoxidharz mit 180–280 µm Schichtdicke und mehr als 4000 Stunden Salzsprühbeständigkeit gemäß AWWA C550 ist der Beschichtungsweg, bei dem eine Auskleidung bevorzugt wird; Feuerverzinkung kommt hier nicht in Frage, da Zink durch sauren und sulfidhaltigen Schlamm schnell angegriffen wird. Bei einer verschraubten Schale sind die Verbindungen mit Dichtungen versehen und mit Schrauben der Güteklasse 8.8 verschraubt, sie sind inspizierbar, und ein Segment kann ausgetauscht und die Schale erneut geprüft werden, ohne den Tank zu entleeren, sofern der Betrieb es zulässt.
Technische Spezifikation
Parameter | Typischer Wert / Bereich | Hinweis |
Auslegungsgrundlage | tägliche Trockenmasse geteilt durch gespeicherte Konzentration mal Haltetage | Massenbilanz, nicht Durchfluss |
Beispielfall | 8 t/d Trockensubstanz bei 5 Prozent TS, 5 Tage Aufenthaltszeit | etwa 920 m³ Mantel mit Freibord |
Freibord | etwa 15 Prozent für Sediment und Schaum | beide verbrauchen nutzbares Volumen |
Rührwerk | mechanische oder Gasdurchmischung | verhindert Volumenverlust der Schlammdecke |
Auslauf | entnimmt an einer Stelle, die das kompaktierte Bett vermeidet | schützt die Pumpe |
Emaille-Schmelztemperatur | 820–930 °C | ein thermischer Schmelzzyklus |
Emailleschichtdicke | 0,25–0,45 mm | 1500 V DC Funkentest nach der Montage |
pH-Beständigkeit der Emaille | 1–14 | inert über die gesamte anaerobe Abdeckung |
Innenflächenrauheit | Ra < 0,8 µm | verringert die Haftung von klebrigem Schlamm |
Gasperraum | H₂S und Methan aus abgesetztem Schlamm | Entlüftung dimensioniert für Gasbildung |
Druckklasse | atmosphärisch bis Niederdruck | Dach und Entlüftung definieren die Grenze |
Auslegungslebensdauer | mindestens 30 Jahre | unter dem spezifizierten Schlammbetrieb |
Füllstandsregelung, Entlüftung und der Überlauf, den niemand eingeplant hat
Ein Schlammtank versagt im öffentlichen Register, wenn er überläuft, und die Ursache ist fast nie die Auskleidung. Es ist das Füllstandsmessgerät: Ein Schlammtank, der blind befüllt wird, hat keinen Alarm, bis der Füllstand visuell am oberen Rand steht, und ein Wochenende reduziert die Abgabekapazität, während der vorgelagerte Prozess weiter produziert. Spezifizieren Sie ein Füllstandsmessgerät mit einer Fernanzeige zur Leitwarte, einem Hochstandsalarm und einem definierten Abgabeprotokoll, das festlegt, was bei einer Abschaltung geschieht. Das ist ein Punkt der Leittechnik, nicht des Tanks, und es ist die günstigste Versicherung im Projekt.
Die Entlüftung ist die zweite. Ein abgedichteter Kopfraum über aktivem Schlamm erzeugt Gas, daher benötigt der Tank eine Entlüftung oder einen Druck- und Vakuumausgleich, dimensioniert nach der Gaserzeugung und der Temperaturschwankung, wobei eine etwaige nachgeschaltete Behandlung berücksichtigt werden muss, wenn das Gas abgeführt wird. Wenn der Kopfraum zur Geruchsvermeidung geschlossen ist, ist ein gasdichtes Membrandach mit einer Innenmembran mit einem Nenndruck von etwa 2–3 kPa und einer Ausgleichsvorrichtung die übliche Lösung, und die Lastfälle für eine Option mit starrem Dach stammen aus ADM 2015 oder ASCE 7-10.
Projektfall
Projekt | Standort | Produkt | Kapazität | Umfang |
Tanks für Brauerei-Abwasser | China, Sichuan | GFS-Tanks | 14.655 m³ | Lieferung von verschraubtem Tank und Dach |
Anaerober Abschnitt für Abwasser aus der Bohnenverarbeitung | China, Hebei | GFS-Faultanks | anaerober Prozessabschnitt | Tanklieferung plus Prozessintegration |
Industrieabwassertanks, 27 Einheiten | China, Xinjiang | GFS-Tanks | 30.469 m³ insgesamt | Lieferung und Überwachung |
Kommunale Abwassertanks, 10 Einheiten | China, Sichuan | GFS-Tanks | 17.420 m³ Gesamtvolumen | Lieferung und Montage vor Ort |
Ingenieurkompetenz von Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) entwirft und fertigt seit 2008 verschraubte Lagertanks. Als erster Hersteller von glasverschmolzenen Stahltanks (GFS) in China verfügt das Unternehmen über nahezu 200 emailbezogene Patente, produziert jährlich rund 300.000 emaillierte Stahlplatten, hat mehr als 30.000 installierte Projekte abgeschlossen und liefert seine Tanks in über 100 Länder. Das neue 150.000 m² große Produktionswerk wurde hinzugefügt, um die Produktionskapazität zu erhöhen, und einzelne Tanks werden bis zu 60.000 m³ geliefert. Die Fertigung erfolgt nach ISO 9001 und ISO 45001, mit Produktzertifizierungen einschließlich NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI und EUROCODE, und die Auslegung orientiert sich bei entsprechenden Anforderungen an AWWA D103-09, AWWA C550 und NFPA.
Für den Schlammbetrieb umfasst der relevante Umfang den emaillierten Innenraum mit seinem Funkenprüfprotokoll, die Rühr- und Auslassanordnung, die das Volumen nutzbar hält, sowie die mit dem Mantel gelieferte Dach-, Entlüftungs- und Druckentlastungsgrenze, damit der Gasraum von Anfang an behandelt wird.
Häufig gestellte Fragen
F1: Wie dimensioniert man einen Schlammlagertank?
A1: Teilen Sie die tägliche Trockenmasse durch die gelagerte Konzentration, um das Tagesvolumen zu erhalten, multiplizieren Sie mit den Aufbewahrungstagen und addieren Sie dann Freibord für Sediment und Schaum. Eine Massenbilanz ist für eine nicht-newtonsche Flüssigkeit weitaus zuverlässiger als eine Durchflusszahl.
F2: Warum ist Rühren erforderlich?
A2: Weil sich der Schlamm absetzt und verdichtet, und das verdichtete Bett nutzbares Volumen verbraucht und schließlich den Auslass blockiert. Rühren hält die Feststoffe in Bewegung, sodass der Tank auch ein Jahr später noch das hält, wofür er ausgelegt wurde.
F3: Kann ein GFS-Tank Rohschlamm aufnehmen?
A3: Ja. Die Emaille ist über pH 1–14 inert, was die saure, sulfidhaltige Schicht abdeckt. Bestätigen Sie die Auslass- und Pumpenanordnung anhand der gelagerten Konzentration, statt eine Förderleistung anzunehmen.
F4: Benötigt der Tank eine Entlüftung?
A4: Ja. Die Gasbildung des gelagerten Schlamms gelangt in den Gasraum, daher ist eine Entlüftung oder Druck- und Vakuumentlastung erforderlich, die für diese Gasbildung dimensioniert ist, wobei die nachgeschaltete Gasbehandlung berücksichtigt werden muss.
F5: Ist der Tank ein Druckbehälter?
A5: Nein. Er ist atmosphärisch oder Niederdruck, wobei die Grenze durch Dach, Entlüftung und Entlastung definiert wird. Druckbehälter, wo der Prozess sie erfordert, werden gemäß der Spezifikation und den im Vertrag vereinbarten Normen ausgelegt.
F6: Was verursacht ein Überlaufen eines Schlammsammelbeckens?
A6: Füllstandsmanagement, nicht das Versagen der Auskleidung. Ein Schlammsammelbecken, das blind gefüllt wird, ohne Fernalarm und ohne definiertes Abflussprotokoll, wird sich füllen, und der Abflussanschluss, von dem alle annahmen, dass er vorhanden sei, ist die übliche Grundursache.
F7: Was ist das Inspektionsprogramm?
A7: Außenbeschichtung und Schraubenköpfe, die Dichtung an geöffneten Fugen, die Entlüftung und der Ausgleich, das Füllstandsmessgerät, der Auslass und die Sedimenttiefe bei jeder Entleerung, sowie ein erneuter Funkenprüftest nach jedem Plattenaustausch.
Ein Schlammvorratstank funktioniert, wenn er sein Volumen hält: dimensioniert nach Trockenmasse, gerührt, damit der Schlammkuchen nicht die Kapazität auffrisst, ausgekleidet mit einem Material, das Sulfid und Säure ignoriert, und ausgestattet mit einem Füllstandsalarm und einer Entlüftung, die bewusst spezifiziert wurden. Stimmen Massenbilanz und Rührwerk, ist der Tank unsichtbar; verfehlt man sie, wird er zum jährlichen Instandhaltungsposten der Anlage.
Senden Sie uns die Trockensubstanzproduktion, die Konzentration, die Sie lagern können, die Haltedauer und die Standortbedingungen, und wir liefern Ihnen die Volumenberechnung, die Tankdimensionierung, den Vorschlag für Rührwerk und Belüftung sowie das technische Dokumentationspaket.
Sprechen Sie mit einem Ingenieur
Teilen Sie uns die Schlammcharakterisierung, die tägliche Feststoffbelastung und den Zeitplan mit, den Sie abdecken müssen, und wir dimensionieren den Tank gemeinsam mit Ihnen. Sie erhalten die Massenbilanz, die Mantelgeometrie, die Empfehlung für Auskleidung und Rührwerk sowie die Zeichnungen zur Prüfung. Ingenieurtechnische Antwort zuerst, unverbindlich.
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