Selezione e specifica del serbatoio di stoccaggio dei fanghi per fluidi difficili
Creato il 09.04
Selezione e specifica del serbatoio di stoccaggio dei fanghi per fluidi difficili
Un serbatoio di stoccaggio dei fanghi viene dimensionato in base ai solidi secchi che deve contenere e ai giorni di stoccaggio, non in base a un valore di portata. Il volume utile è pari ai solidi secchi giornalieri divisi per la concentrazione di stoccaggio, moltiplicato per i giorni di stoccaggio, più il franco per i sedimenti e la schiuma che si depositano. L'acciaio smaltato a fuoco resiste al fluido perché lo smalto è inerte in un intervallo di pH 1–14 e presenta una superficie inferiore a Ra 0,8 µm, che riduce l'adesione di un fango appiccicoso. I due elementi progettuali che determinano il funzionamento del serbatoio sono l'agitazione per mantenere mobili i solidi, e il trattamento dello sfiato e dello spazio per i gas per l'idrogeno solforato prodotto dai fanghi stoccati.
I fanghi sono il flusso meno affascinante di un impianto di trattamento e il più dannoso per una vasca. Sono densi, sedimentano, diventano anaerobici nel giro di poche ore dall'arresto, emanano odori e contengono una miscela corrosiva di solfuro, ammoniaca e acidi organici. Una vasca in acciaio al carbonio con interno verniciato li sopporta per qualche anno, poi cede in corrispondenza della linea del liquido e sotto il sedimento. Questo articolo tratta il calcolo del volume, il fabbisogno di agitazione, la questione del rivestimento, lo spazio per i gas che viene trascurato, e il controllo di livello e l'ispezione che impediscono a una vasca per fanghi di trasformarsi in una tracimazione.
Dimensionamento da solidi secchi e giorni di detenzione
La questione del volume è un bilancio di massa sui solidi secchi, ed è più affidabile di qualsiasi dato di portata. Si parte dalla massa giornaliera di solidi secchi proveniente dal processo a monte, la si divide per la concentrazione che il serbatoio può contenere e si ottiene il volume giornaliero; lo si moltiplica per il numero di giorni che il serbatoio deve coprire, determinato dal programma di scarico o di disidratazione e dalla necessità di tamponare un fine settimana o un arresto per manutenzione. Poi si aggiunge il franco per il sedimento che si deposita e la schiuma che risale, perché entrambi consumano volume utile nel giro di poche settimane.
Un caso concreto: 8 tonnellate di solidi secchi al giorno che arrivano a una concentrazione del 5 percento corrispondono a 160 m³ al giorno di fango. Un tempo di permanenza di cinque giorni significa 800 m³ di capacità utile, e con una tolleranza per sedimenti e schiuma di circa il 15 percento il serbatoio viene specificato intorno ai 920 m³. Quel valore è modesto per un serbatoio bullonato e scomodo per una vasca costruita in opera, che è la ragione abituale per cui un committente finisce per acquistare un serbatoio invece di scavarne uno. Anche gli impianti più grandi si dimensionano in questo modo, e i singoli serbatoi bullonati vengono forniti fino a 60.000 m³ quando il fabbisogno di tamponamento cresce.
Agitazione: l'elemento che decide se il serbatoio mantiene il suo volume
Una vasca di fanghi senza agitazione è una vasca di sedimentazione, e una vasca di sedimentazione perde volume man mano che il letto di fanghi si ispessisce. I fanghi sedimentano rapidamente; nell'arco di un turno il fondo di una vasca non agitata contiene uno strato compattato, e un mese dopo quello strato può ridursi a un terzo della vasca. L'agitazione meccanica o la miscelazione con gas mantengono i solidi in sospensione o sufficientemente mobili da poter essere pompiati, ed entrambe hanno una conseguenza sui costi: i miscelatori meccanici richiedono energia e protezione dei cuscinetti contro le particelle abrasive, la miscelazione con gas utilizza il gas del digestore o un soffiatore e necessita di un collettore di distribuzione che non si intasi.
Due dettagli contano più del tipo di miscelatore. Il primo è la disposizione: agitatori posizionati in modo da non creare un angolo morto dove si accumula la sabbia pesante, e un'uscita che peschi da una posizione che non possa trascinare nel pompaggio uno strato compatto. Il secondo è lo spazio di testa per il gas: il fango agitato rilascia acido solfidrico e metano nello spazio di testa, quindi lo sfiato deve essere dimensionato per la generazione di gas e l'acciaio dello spazio di testa deve essere trattato per un'atmosfera corrosiva. L'agitazione senza una strategia per il gas sposta semplicemente il problema della corrosione dalla linea del liquido al tetto.
Rivestimento e il caso dello smalto
Il letto di fango è l'ambiente più aggressivo che l'interno di un serbatoio possa incontrare, ed è acido e contenente solfuri. Non appena il fango smette di muoversi, i batteri anaerobici producono acidi grassi volatili e acido solfidrico, il pH localmente diminuisce e il solfuro attacca l'acciaio. L'acciaio rivestito in vetro rimuove il rivestimento da quel problema: lo smalto è fuso all'acciaio a 820–930 °C in uno strato di 0,25–0,45 mm classificato oltre 3.450 N/cm², chimicamente inerte nell'intervallo di pH 1–14, testato con scintilla a 1500 V CC dopo l'assemblaggio e specificato per almeno 30 anni. La sua superficie si colloca al di sotto di Ra 0,8 µm, il che è degno di nota per un fango appiccicoso perché riduce l'adesione sulla parete e sul fondo.
Le modalità di guasto che rimangono sono la delaminazione e la puntinatura, e la risposta pratica è un registro di prova con scintilla in fabbrica piuttosto che una riparazione in campo. Un'alternativa in epossidico termoindurente a spessore di film di 180–280 µm con oltre 4000 ore di resistenza alla nebbia salina secondo AWWA C550 è la via di rivestimento in cui si preferisce una linerizzazione; la zincatura a caldo non è un candidato in questo caso, poiché lo zinco viene rapidamente attaccato dai fanghi acidi e contenenti solfuri. Su un mantello bullonato i giunti sono guarniti e bullonati con bulloni di grado 8.8, sono ispezionabili, e un pannello può essere sostituito e il mantello ritestato senza svuotare il serbatoio se il servizio lo consente.
Specifica tecnica
Parametro | Valore tipico / Intervallo | Nota |
Base di progetto | solidi secchi giornalieri divisi per la concentrazione stoccata moltiplicata per i giorni di detenzione | bilancio di massa, non portata |
Caso di esempio | 8 t/g di solidi secchi al 5 percento di TS, 5 giorni di stoccaggio | circa 920 m³ di mantello con franco |
Franco | circa il 15 percento per sedimenti e schiuma | entrambi consumano volume utile |
Agitazione | miscelazione meccanica o a gas | previene la perdita di volume del mantello |
Uscita | preleva da una posizione che evita il letto compattato | protegge la pompa |
Temperatura di fusione dello smalto | 820–930 °C | un ciclo di fusione termica |
Spessore dello strato di smalto | 0,25–0,45 mm | Prova di scintillamento a 1500 V CC dopo l'assemblaggio |
Resistenza al pH dello smalto | 1–14 | inerte attraverso il mantello anaerobico |
Rugosità superficiale interna | Ra < 0,8 µm | riduce l'adesione dei fanghi appiccicosi |
Gas nello spazio di testa | H₂S e metano dal fango sedimentato | sfiato dimensionato per la generazione di gas |
Classe di pressione | da atmosferica a bassa pressione | tetto e sfiato definiscono il confine |
Vita utile di progetto | almeno 30 anni | nel servizio fanghi specificato |
Controllo di livello, sfiato e il troppopieno che nessuno aveva previsto
Un serbatoio di fanghi fallisce nel registro pubblico quando trabocca, e la causa quasi mai è il rivestimento. È lo strumento di livello: un serbatoio di fanghi riempito alla cieca non ha allarme finché il livello non è visivamente al massimo, e un fine settimana riduce la capacità di scarico mentre il processo a monte continua a produrre. Specificare uno strumento di livello con indicazione remota in sala controllo, un allarme di alto livello e un protocollo di scarico definito che stabilisca cosa succede in caso di blocco. Questo è un elemento del sistema di controllo, non del serbatoio, ed è l'assicurazione più economica del progetto.
Lo sfiato è il secondo. Uno spazio di testa sigillato sopra il fango attivo genera gas, quindi il serbatoio necessita di uno sfiato o di un dispositivo di rilascio pressione e vuoto dimensionato in base alla generazione e alla variazione di temperatura, considerando qualsiasi trattamento a valle dove il gas viene aspirato. Dove lo spazio di testa è confinato per l'odore, una copertura a membrana a tenuta di gas con una membrana interna a pressione nominale di circa 2–3 kPa e un dispositivo di rilascio è la soluzione usuale, e i casi di carico per un'opzione a copertura rigida provengono da ADM 2015 o ASCE 7-10.
Caso Progetto
Progetto | Posizione | Prodotto | Capacità | Ambito |
Serbatoi per acque reflue di birrificio | Cina, Sichuan | Serbatoi GFS | 14.655 m³ | fornitura di serbatoio bullonato e tetto |
Sezione anaerobica per acque reflue del processo dei fagioli | Cina, Hebei | Serbatoi digestore GFS | sezione del processo anaerobico | fornitura del serbatoio più integrazione del processo |
Serbatoi per acque reflue industriali, 27 unità | Cina, Xinjiang | Serbatoi GFS | 30.469 m³ totali | fornitura e supervisione |
Serbatoi per acque reflue municipali, 10 unità | Cina, Sichuan | Serbatoi GFS | 17.420 m³ totali | fornitura e assemblaggio in sito |
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 gestita secondo le 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 conforme a AWWA D103-09, AWWA C550 e NFPA ove richiesto dall'applicazione.
Per il servizio fanghi, l'ambito pertinente è l'interno smaltato con il relativo record di prova delle scintille, la disposizione di agitazione e uscita che mantiene il volume utilizzabile, e il tetto, lo sfiato e il confine di rilievo forniti con il guscio in modo che lo spazio del gas sia trattato fin dall'inizio.
Domande frequenti
D1: Come si dimensiona un serbatoio di stoccaggio fanghi?
R1: Dividere la massa giornaliera di solidi secchi per la concentrazione stoccata per ottenere il volume giornaliero, moltiplicare per i giorni di mantenimento, quindi aggiungere il franco per sedimenti e schiuma. Un bilancio di massa è molto più affidabile di un valore di portata per un fluido non newtoniano.
D2: Perché è necessaria l'agitazione?
A2: Perché il fango sedimenta e si compatta, e il letto compattato consuma volume utile e alla fine blocca l'uscita. L'agitazione mantiene i solidi mobili in modo che il serbatoio contenga ancora ciò che era stato specificato per contenere un anno dopo.
D3: Un serbatoio GFS può contenere fango grezzo?
R3: Sì. Lo smalto è inerte in un intervallo di pH 1–14, che copre il manto acido contenente solfuri. Confermare la disposizione dell'uscita e della pompa in base alla concentrazione stoccata anziché presumere un carico di pompaggio.
D4: Il serbatoio necessita di uno sfiato?
R4: Sì. La generazione di gas dal fango stoccato va nello spazio di testa, quindi è richiesto uno sfiato o un dispositivo di rilascio pressione e vuoto dimensionato per tale generazione, considerando anche la gestione del gas a valle.
D5: Il serbatoio è un recipiente in pressione?
A5: No. È a pressione atmosferica o bassa pressione, con il confine definito dal tetto, dallo sfiato e dallo scarico. I recipienti a pressione, dove il processo li richiede, sono progettati secondo le specifiche e i codici concordati nel contratto.
D6: Cosa causa il traboccamento di un serbatoio di fanghi?
R6: Gestione del livello, non cedimento del rivestimento. Un serbatoio di fanghi riempito alla cieca senza allarme remoto e senza un protocollo di scarico definito si riempirà, e il collegamento di scarico che tutti presumevano esistesse è la causa principale abituale.
D7: Qual è il programma di ispezione?
A7: Rivestimento esterno e teste dei bulloni, la guarnizione sui giunti aperti, lo sfiato e il rilascio, lo strumento di livello, l'uscita e la profondità dei sedimenti a ogni svuotamento, più un nuovo test delle scintille dopo qualsiasi sostituzione di pannello.
Un serbatoio di stoccaggio dei fanghi funziona quando mantiene il suo volume: dimensionato sui solidi secchi, agitato in modo che il letto non eroda la capacità, rivestito con un materiale che ignora il solfuro e l'acido, e dotato di un allarme di livello e di uno sfiato specificati deliberatamente. Se il bilancio di massa e l'agitazione sono corretti, il serbatoio è invisibile; se mancano, diventa la voce di manutenzione annuale dell'impianto.
Inviaci la produzione di solidi secchi, la concentrazione che puoi stoccare, i giorni di mantenimento e le condizioni del sito, e ti restituiremo il calcolo del volume, il dimensionamento del serbatoio, la proposta di agitazione e ventilazione, e il pacchetto di documentazione tecnica.
Parla con un ingegnere
Condividi la caratterizzazione dei fanghi, il carico giornaliero di solidi e il programma che devi coprire, e dimensioneremo il serbatoio insieme a te. Riceverai il bilancio di massa, la geometria del mantello, la raccomandazione per il rivestimento e l'agitazione, e i disegni per la revisione. Prima la risposta ingegneristica, senza impegno.
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