Sélection et spécification d'un réservoir de stockage de boues pour fluides difficiles
Créé le 09.04
Sélection et spécification des réservoirs de stockage de boues pour fluides difficiles
Un réservoir de stockage de boues est dimensionné en fonction des solides secs qu'il doit contenir et du nombre de jours de stockage, et non à partir d'un débit. Le volume utile est égal aux solides secs journaliers divisés par la concentration stockée, multiplié par les jours de rétention, plus une revanche pour les sédiments et la mousse qui se déposent. L'acier revêtu de verre fondu résiste au fluide car l'émail est inerte sur une plage de pH de 1 à 14 et présente une surface inférieure à Ra 0,8 µm, ce qui réduit l'adhérence d'une boue collante. Les deux éléments de conception qui déterminent le bon fonctionnement du réservoir sont l'agitation pour maintenir les solides en mouvement, ainsi que le traitement de l'évent et de l'espace gazeux pour le sulfure d'hydrogène produit par les boues stockées.
Les boues sont le flux le moins glamour d'une station de traitement et le plus dommageable pour un réservoir. Elles sont épaisses, elles se déposent, elles deviennent anaérobies en quelques heures après l'arrêt, elles sentent mauvais et elles contiennent un mélange corrosif de sulfure, d'ammoniac et d'acide organique. Un réservoir en acier au carbone avec un intérieur peint résiste quelques années, puis cède à la ligne de liquide et sous le sédiment. Cet article couvre le calcul du volume, l'exigence d'agitation, la question du revêtement, l'espace gazeux souvent négligé, ainsi que le contrôle de niveau et l'inspection qui empêchent un réservoir de boues de devenir un débordement.
Dimensionnement à partir des solides secs et des jours de rétention
La question du volume est un bilan massique sur les solides secs, et elle est plus fiable que n'importe quel chiffre de débit. Partez de la masse quotidienne de solides secs issue du procédé en amont, divisez par la concentration que le bassin contiendra, et vous obtenez le volume journalier ; multipliez par le nombre de jours que le bassin doit couvrir, lequel est déterminé par le programme de rejet ou de déshydratation et par la nécessité de tamponner un week-end ou un arrêt de maintenance. Ajoutez ensuite une revanche pour les sédiments qui se déposent et la mousse qui monte, car tous deux consomment du volume utile en quelques semaines.
Un cas concret : 8 tonnes de solides secs par jour arrivant à une concentration de 5 pour cent représentent 160 m³ par jour de boues. Un stockage de cinq jours signifie 800 m³ de capacité utile, et avec une marge pour les sédiments et la mousse d'environ 15 pour cent, l'enveloppe est spécifiée à près de 920 m³. Ce chiffre est modeste pour un réservoir boulonné et peu pratique pour un bassin construit sur site, ce qui est la raison habituelle pour laquelle un propriétaire finit par acheter un réservoir plutôt que d'en creuser un. Les usines plus grandes évoluent également de cette manière, et des réservoirs boulonnés uniques sont fournis jusqu'à 60 000 m³ lorsque le besoin de tampon augmente.
Agitation : l'élément qui décide si le réservoir conserve son volume
Un bassin de boues sans agitation est un décanteur, et un décanteur perd du volume à mesure que le voile de boues s'épaissit. Les boues se déposent rapidement ; en un poste de travail, le fond d'un bassin non agité retient un lit compacté, et un mois plus tard, ce lit peut représenter un tiers du bassin. Une agitation mécanique ou un mélange par gaz maintient les solides en suspension ou les garde suffisamment mobiles pour être pompés, et les deux ont un coût : les mélangeurs mécaniques nécessitent de l'énergie et une protection des paliers contre les abrasifs, le mélange par gaz utilise le biogaz du digesteur ou une soufflante et nécessite un collecteur de distribution qui ne se colmate pas.
Deux détails importants priment sur le type de mélangeur. Le premier est l'agencement : des agitateurs disposés de manière à ne pas créer de zone morte où les graviers lourds s'accumulent, et une sortie qui prélève à un endroit ne pouvant pas entraîner un lit compacté dans la pompe. Le second est l'espace gazeux : les boues agitées libèrent du sulfure d'hydrogène et du méthane dans l'espace de tête, de sorte que l'évent doit être dimensionné en fonction de la production de gaz et l'acier de l'espace de tête doit être traité pour une atmosphère corrosive. Une agitation sans stratégie de gestion des gaz ne fait que déplacer le problème de corrosion de la ligne liquide vers le toit.
Revêtement et le cas de l'émail
La couche de boues est l'environnement le plus agressif auquel l'intérieur d'un réservoir sera confronté, et elle est acide et chargée en sulfures. Dès que les boues cessent de se déplacer, les bactéries anaérobies produisent des acides gras volatils et du sulfure d'hydrogène, le pH chute localement et les sulfures attaquent l'acier. L'acier revêtu de verre fondu soustrait le revêtement à ce problème : l'émail est fusionné à l'acier à 820–930 °C en une couche de 0,25–0,45 mm classée au-delà de 3 450 N/cm², chimiquement inerte sur une plage de pH 1–14, testée par détection d'étincelles à 1 500 V CC après assemblage, et spécifiée pour au moins 30 ans. Sa surface se situe en dessous de Ra 0,8 µm, ce qui mérite d'être souligné pour des boues collantes car cela réduit l'adhérence sur la paroi et le fond.
Les modes de défaillance qui subsistent sont le délaminage et les piqûres, et la réponse pratique est un enregistrement d'essai d'étincelles en usine plutôt qu'une réparation sur site. Une alternative en époxy fusionné à une épaisseur de film de 180–280 µm avec plus de 4000 heures de résistance au brouillard salin selon AWWA C550 est la voie de revêtement où un revêtement intérieur est préféré ; la galvanisation à chaud n'est pas candidate ici, car le zinc est rapidement attaqué par les boues acides et sulfureuses. Sur une enveloppe boulonnée, les joints sont munis de garnitures et boulonnés avec des boulons de grade 8.8, ils sont inspectables, et un panneau peut être remplacé et l'enveloppe retestée sans vider le réservoir si le service le permet.
Spécification technique
Paramètre | Valeur / plage typique | Remarque |
Base de conception | solides secs quotidiens divisés par la concentration stockée multipliée par les jours de rétention | bilan massique, pas débit |
Cas exemple | 8 t/j de solides secs à 5 % de MS, rétention de 5 jours | environ 920 m³ de coque avec revanche |
Revanche | environ 15 pour cent pour les sédiments et la mousse | les deux consomment du volume utile |
Agitation | mélange mécanique ou par gaz | empêche la perte de volume du manteau de boues |
Sortie | prélève à un endroit qui évite le lit compacté | protège la pompe |
Température de fusion de l'émail | 820–930 °C | un cycle de fusion thermique |
Épaisseur de la couche d'émail | 0,25–0,45 mm | Test d'étincelle à 1500 V DC après assemblage |
Résistance au pH de l'émail | 1–14 | inerte à travers le matelas anaérobie |
Rugosité de surface intérieure | Ra < 0,8 µm | réduit l'adhérence des boues collantes |
Gaz de l'espace de tête | H₂S et méthane provenant des boues décantées | évent dimensionné pour la production de gaz |
Classe de pression | atmosphérique à basse pression | le toit et l'évent définissent la limite |
Durée de vie de conception | au moins 30 ans | dans le service de boues spécifié |
Contrôle de niveau, mise à l'évent et débordement que personne n'avait prévu
Un bassin de boues est déclaré défaillant dans les registres publics lorsqu'il déborde, et la cause n'est presque jamais le revêtement. C'est l'instrument de niveau : un bassin de boues rempli à l'aveugle n'a aucune alarme tant que le niveau n'est pas visuellement au sommet, et un week-end réduit la capacité de décharge tandis que le procédé en amont continue de produire. Spécifiez un instrument de niveau avec une indication à distance vers la salle de contrôle, une alarme de niveau haut et un protocole de décharge défini qui précise ce qui se passe en cas de déclenchement. C'est un élément du système de contrôle, pas un élément du bassin, et c'est l'assurance la moins chère du projet.
L'évent est le deuxième. Un espace de tête scellé au-dessus des boues actives génère du gaz, donc le réservoir nécessite un évent ou un dispositif de décompression et de mise sous vide dimensionné en fonction de la génération et de la variation de température, avec tout traitement en aval pris en compte là où le gaz est évacué. Lorsque l'espace de tête est fermé pour des raisons d'odeur, une toiture à membrane étanche aux gaz avec une membrane intérieure à pression nominale d'environ 2–3 kPa et un dispositif de décompression est la solution habituelle, et les cas de charge pour une option de toiture rigide proviennent de l'ADM 2015 ou de l'ASCE 7-10.
Cas de projet
Projet | Emplacement | Produit | Capacité | Périmètre |
Réservoirs d'eaux usées de brasserie | Chine, Sichuan | Réservoirs GFS | 14 655 m³ | fourniture de réservoir boulonné et toit |
Section anaérobie pour les eaux usées de transformation des haricots | Chine, Hebei | Réservoirs de digesteur GFS | section de procédé anaérobie | fourniture de réservoirs plus intégration des procédés |
Réservoirs pour eaux usées industrielles, 27 unités | Chine, Xinjiang | Réservoirs GFS | 30 469 m³ au total | fourniture et supervision |
Réservoirs pour eaux usées municipales, 10 unités | Chine, Sichuan | Réservoirs GFS | 17 420 m³ au total | fourniture et assemblage sur site |
Capacité d'ingénierie de Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) conçoit et fabrique des réservoirs de stockage boulonnés depuis 2008. En tant que premier fabricant de réservoirs en verre fusionné à l'acier (GFS) en Chine, l'entreprise détient près de 200 brevets liés à l'émail, produit environ 300 000 plaques d'acier émaillées par an, a réalisé plus de 30 000 projets installés et fournit ses réservoirs à plus de 100 pays. La nouvelle base de production de 150 000 m² a été ajoutée pour augmenter la capacité de production, et des réservoirs individuels sont fournis jusqu'à 60 000 m³. La fabrication est réalisée selon les normes ISO 9001 et ISO 45001, avec des certifications produit incluant NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI et EUROCODE, et une conception référencée à AWWA D103-09, AWWA C550 et NFPA lorsque l'application l'exige.
Pour le service des boues, le périmètre pertinent est l'intérieur émaillé avec son enregistrement d'essai d'étincelage, la configuration d'agitation et de sortie qui maintient le volume utilisable, ainsi que la limite de toit, d'évent et de soupape de décharge livrée avec l'enveloppe afin que l'espace gazeux soit traité dès le départ.
Questions fréquemment posées
Q1 : Comment dimensionner un réservoir de stockage de boues ?
R1 : Divisez la masse quotidienne de solides secs par la concentration stockée pour obtenir le volume quotidien, multipliez par le nombre de jours de rétention, puis ajoutez un franc-bord pour les sédiments et la mousse. Un bilan massique est bien plus fiable qu'un débit pour un fluide non newtonien.
Q2 : Pourquoi l'agitation est-elle nécessaire ?
A2 : Parce que les boues se déposent et se compactent, et que le lit compacté consomme le volume utile et finit par bloquer la sortie. L'agitation maintient les solides en mouvement afin que le réservoir contienne toujours ce pour quoi il a été dimensionné un an plus tard.
Q3 : Un réservoir GFS peut-il contenir des boues brutes ?
A3 : Oui. L'émail est inerte sur une plage de pH 1 à 14, ce qui couvre le manteau acide chargé en sulfures. Confirmez la configuration de la sortie et de la pompe en fonction de la concentration stockée plutôt que de supposer une charge de pompage.
Q4 : Le réservoir a-t-il besoin d'un évent ?
A4 : Oui. La production de gaz des boues stockées s'accumule dans l'espace de tête, un évent ou un dispositif de décompression et de mise sous vide dimensionné pour cette production est donc nécessaire, avec la prise en compte du traitement des gaz en aval.
Q5 : Le réservoir est-il un récipient sous pression ?
A5 : Non. Il s'agit d'une atmosphère ou d'une basse pression, avec une limite définie par le toit, l'évent et le relief. Les appareils à pression, lorsque le procédé en a besoin, sont conçus selon les spécifications et codes convenus dans le contrat.
Q6 : Qu'est-ce qui provoque le débordement d'un réservoir de boues ?
A6 : La gestion des niveaux, et non la défaillance du revêtement. Un réservoir de boues rempli à l'aveugle, sans alarme à distance ni protocole de décharge défini, finira par déborder, et le raccordement de décharge que tout le monde supposait présent est la cause racine habituelle.
Q7 : Quel est le programme d'inspection ?
A7 : Revêtement extérieur et têtes de boulons, le joint aux jonctions ouvertes, l'évent et le dispositif de décompression, l'instrument de niveau, la sortie et la profondeur des sédiments à chaque vidange, plus un retest d'étincelle après tout remplacement de panneau.
Un réservoir de stockage de boues fonctionne lorsqu'il conserve son volume : dimensionné à partir des solides secs, agité de sorte que le manteau de boues ne ronge pas la capacité, revêtu d'un matériau qui ignore le sulfure et l'acide, et équipé d'une alarme de niveau et d'un évent qui ont été spécifiés délibérément. Obtenez le bilan massique et l'agitation corrects et le réservoir est invisible ; manquez-les et il devient le poste de maintenance annuel de l'usine.
Envoyez-nous la production de solides secs, la concentration que vous pouvez stocker, les jours de rétention et les conditions du site, et nous vous renverrons le calcul du volume, le dimensionnement du réservoir, la proposition d'agitation et de ventilation, ainsi que le dossier technique complet.
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