Sistemi di serbatoi di chiarificazione GFS per la separazione liquido-solido di Integrated Treatment Solutions
Creato il 03.06
Soluzioni di Trattamento Integrate Sistemi di Serbatoi di Chiarificazione GFS per la Separazione Liquido-Solido
Un chiarificatore separa i solidi dal liquido per gravità, e le sue prestazioni sono determinate dal tasso di tracimazione superficiale, non dallo spessore della parete. Un carico superficiale compreso tra 0,5 e 2,0 m³/m²·giorno è l'intervallo di progetto per la maggior parte della chiarificazione municipale e industriale, adattato in base alla velocità di sedimentazione dei solidi e alla qualità richiesta dell'effluente. Quando questo calcolo indica un'ampia impronta a terra, un serbatoio bullonato in acciaio rivestito di vetro è una soluzione pratica per realizzarlo: il rivestimento smaltato resiste alle condizioni anaerobiche e acide che si sviluppano nel letto di fanghi, e i pannelli bullonati possono essere forniti come serbatoio completo con raschiatore, tramoggia e copertura. Le due decisioni progettuali che determinano il funzionamento del serbatoio sono il meccanismo di raccolta dei fanghi e la portata di estrazione del letto di fanghi.
Introduzione
L'impianto è già stato costruito attorno al chiarificatore. Le tubazioni sono state posate, il locale soffianti è stato gettato, e l'ingegnere di processo necessita di un volume del serbatoio e di un tempo di ritenzione prima che il scope civile possa chiudersi. Ciò che rende difficile tutto questo è che un chiarificatore non è un serbatoio di stoccaggio con un ingresso tranquillo: è un dispositivo di separazione per gravità in cui il tempo di residenza, l'energia in ingresso e la profondità del letto di fango devono essere corretti insieme, e in cui la parete del serbatoio deve contenere una zona di fango che diventa anaerobica, emana odori e corrode. Questo articolo tratta il calcolo della separazione, i meccanismi di raccolta e come un chiarificatore in vetro-fuso-acciaio viene specificato affinché il serbatoio e il processo si comportino come un unico sistema. Ciò che l'impianto acquista effettivamente sotto la voce soluzioni di trattamento integrate sono sistemi di serbatoi di chiarificazione GFS per la separazione liquido-solido specificati come un unico treno con un collettore di ingresso comune e un'unica estrazione fanghi, non un recipiente acquistato su disegno.
Ciò che effettivamente separa i solidi
Il chiarimento è governato dal tasso di sovraccarico superficiale, e tutto il resto è dettaglio. L'espressione progettuale è semplice: il carico superficiale in metri cubi per metro quadrato al giorno è uguale alla portata divisa per l'area in pianta. La maggior parte dei chiarificatori primari municipali e molti compiti di equalizzazione industriale si collocano nella fascia 0,5-2,0 m³/m²·giorno, con il valore esatto determinato dalla velocità di sedimentazione delle particelle e dalla qualità dell'effluente consentita all'impianto. Una volta scelto il carico superficiale richiesto, l'area in pianta deriva dalla portata di progetto, e il diametro deriva dall'area. Una portata di 2.000 m³/h a 1,2 m³/m²·giorno richiede circa 1.400 m² di area in pianta, che corrisponde a un diametro vicino a 42 m, che è esattamente la dimensione in cui un sistema a pannelli bullonati inizia ad avere più senso di una vasca gettata in opera. A quella dimensione, le soluzioni di trattamento integrate sistemi di chiarificazione GFS per la separazione liquido-solido sono solitamente più economiche da erigere rispetto a una vasca colata, perché i pannelli arrivano piatti e il lavoro civile si riduce a una trave anulare.
Due correzioni si applicano a quel numero. La prima è la zona di ingresso: un ingresso mal posizionato crea un cortocircuito che distrugge l'area di sedimentazione effettiva, quindi il pozzetto di ingresso e il deflettore devono essere dimensionati con la stessa cura della vasca. La seconda è il letto di fango: un chiarificatore che estrae il proprio letto troppo velocemente perde capacità di cattura, e uno che lo estrae troppo lentamente lascia che il letto diventi anaerobico e risalga nella zona di sedimentazione. La risposta pratica è un raschiatore a velocità variabile la cui velocità di avanzamento è adeguata alla profondità del letto misurata al cono. Specificati come parte delle opere, i sistemi di chiarificazione GFS per la separazione liquido-solido, quali soluzioni di trattamento integrate, valgono l'acquisto solo quando la velocità del raschiatore, la profondità del letto e la portata di estrazione sono impostate insieme.
Costruzione del serbatoio per servizio di chiarificazione
Il mantello del serbatoio deve resistere alla zona dei fanghi, che è la parte meno ospitale di qualsiasi impianto di trattamento. Sotto la zona di sedimentazione si trova uno strato di solidi organici che va in condizioni anaerobiche, abbassa localmente il pH e produce solfuri. Un interno in acciaio al carbonio verniciato in quella zona cede all'altezza della linea del liquido nel giro di pochi anni. I pannelli in acciaio smaltato risolvono il problema in modo diverso: lo smalto viene fuso all'acciaio a 820–930 °C come strato di 0,25–0,45 mm, è inerte in un intervallo di pH 1–14 e presenta una superficie inferiore a Ra 0,8 µm. Le modalità di guasto che contano diventano quindi la delaminazione e il foro passante, che sono aspetti legati al controllo di fabbricazione anziché alla riparazione in campo, e che vengono rilevati dalla prova di scintillamento a 1500 V CC dopo l'assemblaggio.
La geometria segue il meccanismo. Un chiarificatore circolare con pozzetto di alimentazione centrale e raschiatore radiale o a ponte verso un fondo conico centrale è la disposizione standard per un'unità a singolo serbatoio. I chiarificatori quadrati o rettangolari bullonati sono possibili ma sprecano area in pianta e complicano il raschiatore. Un fondo a tramoggia offre una zona fanghi compatta con elevato prelievo di solidi, si adatta a un guscio GFS perché la tramoggia può essere costruita con gli stessi pannelli con un profilo modificato, e si contrappone a uno scavo più profondo. Un fondo piatto con raschiatore e prelievo laterale è meno profondo ma contiene un volume di letto fangoso maggiore, che funge da tampone a scapito delle prestazioni di cattura.
Raschiatore, trasmissione e il campo meccanico
Il pacchetto meccanico decide se il serbatoio è un chiarificatore o un contenitore di sporcizia. Un raschiatore a ponte con azionamento centrale si muove lentamente, tipicamente a velocità che spostano i fanghi raccolti verso la tramoggia centrale senza risospenderli; un raschiatore con azionamento periferico si muove lungo la parete del serbatoio ed è adatto a grandi diametri dove un ponte centrale richiederebbe una struttura eccessiva. La scelta dell'azionamento, la protezione dei cuscinetti contro l'idrogeno solforato e il design della lama del raschiatore che evita di arare il letto di fanghi sono i tre elementi da specificare con attenzione. Su un serbatoio GFS bullonato, il ponte può essere una struttura in acciaio prefabbricata consegnata in sezioni e bullonata in cantiere, il che evita la saldatura in campo e il trattamento termico che richiederebbe un chiarificatore gettato in opera o saldato.
Lo sfogo è il secondo argomento meccanico. Lo spazio di testa di un chiarificatore trasporterà idrogeno solforato e metano dal letto, quindi il tetto e lo sfogo devono essere gestiti come un elemento di corrosione e sicurezza piuttosto che come un ripensamento. Lo smalto gestisce il lato liquido; l'acciaio del tetto, il camino di sfogo e l'azionamento del raschiatore necessitano di rivestimento o selezione del materiale per lo spazio gassoso. Dove lo spazio di testa è confinato, un tetto con opzione a membrana a tenuta di gas e una valvola di sicurezza per pressione e vuoto è la soluzione abituale, e lo sfogo deve essere dimensionato per la generazione di gas del letto a carico di punta.
Specifica Tecnica
Parametro | Valore Tipico / Intervallo | Nota |
Tasso di sovraccarico superficiale | 0,5–2,0 m³/m²·giorno | banda di progettazione per la maggior parte dei chiarificatori |
Portata di progetto, esempio | 2.000 m³/h | imposta l'area in pianta e quindi il diametro |
Area del piano, caso esemplificativo | circa 1.400 m² | portata divisa per il carico superficiale |
Tempo di detenzione | tipicamente diverse ore | verifica rispetto alla captazione richiesta |
Profondità del letto di fango | controllato dalla velocità di estrazione | estrarre più velocemente per aumentare la captazione, più lentamente per tamponare |
Temperatura di fusione dello smalto | 820–930 °C | vetro fuso su acciaio in un unico ciclo |
Spessore dello strato di smalto | 0,25–0,45 mm | Prova di scintilla a 1500 V DC dopo l'assemblaggio |
Resistenza dello smalto al pH | 1–14 | inerte attraverso la zona del letto anaerobico |
Rugosità superficiale interna | Ra < 0,8 µm | riduce il deposito sulla parete |
Larghezza del pannello | circa 1,2 m | sistema modulare di pannelli bullonati |
Grado del bullone | bulloni di grado 8.8 | connessione inibita alla corrosione |
Vita utile di progetto | almeno 30 anni | nel servizio chimico specificato |
Integrare i chiarificatori in una soluzione di trattamento integrata
Una soluzione di trattamento integrata è credibile solo se il chiarificatore è stato dimensionato insieme ai suoi elementi a monte e a valle, non dimensionato in modo indipendente e poi collegato. Il serbatoio di equalizzazione a monte tampona la portata, così al chiarificatore non viene richiesto di sopportare un picco che non è in grado di sedimentare. Lo stadio biologico a monte fissa il carico di solidi. L'ispessitore o l'unità di ispessimento a valle determina la concentrazione di estrazione dei fanghi, e il digestore o reattore anaerobico a valle riceve i fanghi estratti. In un sito industriale in cui i fanghi vengono inviati alla digestione anaerobica, la concentrazione in uscita del chiarificatore determina il tempo di ritenzione del digestore, che a sua volta determina il volume del digestore.
Per una via anaerobica, la banda operativa è mesofila a 35–38 °C con un tempo di ritenzione idraulica di 20–30 giorni per fanghi municipali convenzionali, e una resa di biogas di 0,5–0,6 m³ per kg di solidi volatili aggiunti. È per questo che richiediamo l'intera linea di trattamento, non solo il digestore: il chiarificatore che invia il 4 percento di solidi al digestore è una macchina diversa da quella che ne invia il 2 percento. Quando un progetto ricade in una classe di servizio senza una realizzazione direttamente comparabile agli atti, descriviamo ciò che viene fornito in servizi analoghi per acque reflue municipali e industriali, con intervallo di capacità verificato dalle specifiche di progetto, anziché implicare uno specifico sito passato.
Caso Progetto
Progetto | Posizione | Prodotto | Capacità | Ambito |
Serbatoio d'acqua di grande diametro | Namibia | Serbatoio GFS | 44.900 m³ | fornitura e supervisione |
Serbatoi antincendio, due unità | Cina, Sichuan | Serbatoi GFS | 8.930 m³ | φ19,87 × 14,4 m ciascuno, fornitura |
Serbatoi per acque reflue municipali, 10 unità | Cina, Sichuan | Serbatoi GFS | 17.420 m³ totali | fornitura e assemblaggio in sito |
Serbatoi per acque reflue industriali, 27 unità | Cina, Xinjiang | Serbatoi GFS | 30.469 m³ totali | fornitura e supervisione |
Capacità ingegneristica di Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) progetta e fabbrica serbatoi di stoccaggio bullonati dal 2008. In qualità di primo produttore cinese di serbatoi in vetro-acciaio (GFS), l'azienda detiene quasi 200 brevetti relativi allo smalto, produce circa 300.000 lastre d'acciaio smaltate all'anno, ha completato oltre 30.000 progetti installati e fornisce i propri serbatoi in oltre 100 paesi. Il nuovo stabilimento produttivo di 150.000 m² è stato aggiunto per aumentare la capacità produttiva, e i singoli serbatoi vengono forniti fino a 60.000 m³. La produzione è conforme alle norme ISO 9001 e ISO 45001, con certificazioni di prodotto tra cui NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI ed EUROCODE, e progettazione riferita ad AWWA D103-09, AWWA C550 e NFPA ove l'applicazione lo richieda.
Per la chiarificazione e la separazione liquido-solido, questo si estende oltre il mantello fino al ponte di raccolta fanghi, alla tramoggia, al tetto e allo sfiato dimensionati per il gas del letto, e all'interfaccia verso un treno di digestione anaerobica dove la concentrazione estratta determina il volume del reattore.
Domande frequenti
D1: Come si dimensiona un chiarificatore invece di un serbatoio di stoccaggio?
A1: Dalla portata superficiale di troppo pieno, non solo da un tempo di ritenzione. Dividere la portata di progetto per il carico superficiale richiesto per ottenere l'area in pianta, ricavare il diametro da tale area, quindi aggiungere il pozzetto di ingresso, la struttura del raschiatore e il bordo libero all'altezza del mantello.
D2: È possibile costruire un serbatoio in vetro-acciaio con giunzioni bullonate con fondo conico?
R2: Sì. La tramoggia è costruita con lo stesso sistema di pannelli con un profilo modificato, e il modello di giunzione bullonata rende il cono un assemblaggio controllato in fabbrica anziché una saldatura in campo. Lo scavo più profondo è il compromesso.
D3: Cosa causa la perdita di cattura di un chiarificatore dopo la messa in servizio?
R3: Di solito il letto di fanghi che invade la zona di sedimentazione a causa di un accumulo troppo profondo, o una velocità del raschiatore che risospende il letto. Entrambe sono impostazioni operative; la risposta progettuale è la raschiatura a velocità variabile con una misurazione della profondità del letto al cono.
D4: Il rivestimento in smalto aiuta in un chiarificatore?
A4: Sì. Il letto di fanghi diventa anaerobico e acido, e lo smalto è inerte in un intervallo di pH 1–14. Elimina la corrosione del rivestimento come modalità di guasto e lascia l'ambito meccanico, il rivestimento esterno e i giunti bullonati come elementi di ispezione.
D5: Il tetto del chiarificatore deve essere sigillato?
A5: Solo dove la generazione di gas lo giustifica, e in tal caso con una valvola di sicurezza per pressione e vuoto e uno sfiato dimensionato per il carico di punta. Uno sfiato aperto in uno spazio di testa corrosivo richiede comunque acciaio rivestito o legato nella zona dei gas.
D6: Come interagisce il chiarificatore con un digestore anaerobico?
A6: Il chiarificatore determina la concentrazione dei fanghi ispessiti, che a sua volta determina il tasso di carico del digestore e quindi il volume richiesto con un tempo di ritenzione mesofilo di 20–30 giorni. Modificare l'estrazione del chiarificatore modifica le dimensioni del digestore.
D7: È possibile ampliare successivamente un chiarificatore?
R7: Su un serbatoio imbullonato sì, aggiungendo una seconda unità in parallelo o innalzando il serbatoio con pannelli aggiuntivi. Il parallelo è la soluzione usuale perché le prestazioni del chiarificatore dipendono dall'area in pianta, e raddoppiare l'area significa un secondo serbatoio piuttosto che uno più alto.
Conclusione
Un sistema di vasca di chiarificazione funziona quando il carico superficiale, la disposizione dell'ingresso e la velocità di estrazione dei fanghi sono progettati insieme, e quando il mantello può mantenere uno strato anaerobico per decenni senza diventare un elemento di manutenzione. I mantelli bullonati in acciaio rivestito di vetro rispondono direttamente alla seconda metà di questo requisito, e il formato a pannelli bullonati rende un chiarificatore di grande diametro consegnabile in siti dove una vasca gettata in opera sarebbe impraticabile.
Inviaci la portata di progetto, i solidi influenti ed effluenti, l'area disponibile e il percorso a valle dei fanghi, e ti restituiremo il calcolo del carico superficiale, il diametro e l'altezza del mantello, e l'ambito meccanico per la revisione.
Parla con un ingegnere
Portaci la portata, il carico di solidi, il grafico e cosa succede ai fanghi. Otterrai un calcolo di sedimentazione, la geometria del serbatoio, la proposta di raschiatore e tramoggia e il pacchetto di documentazione tecnica. È ingegneria che puoi mettere davanti al tuo consulente di processo, non un foglio commerciale.
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