嫌気性消化槽の消化槽タンク設計主要パラメータ
作成日 09.02
嫌気性消化槽向け消化槽タンク設計主要パラメータ
消化槽の設計は、槽の直径からではなく、有効容積から始まる。有効容積は、1日あたりの投入量に必要な水理学的滞留時間を乗じた値に、底部ホッパー下のデッドボリュームと上部のスカムおよび砂堆積部を補正したものである。35～38 °Cの中温消化では、滞留時間は通常20～30日であり、都市下水汚泥の場合、除去された揮発性固形物1キログラムあたりのバイオガス収率は約0.5～0.6 m³である。次に、槽はわずか±3～5 kPaで気密境界を保持する必要がある。なぜなら、嫌気性消化槽は低圧ガスカバーを備えた大気圧貯蔵槽であり、圧力反応器ではないからである。
ほとんどの嫌気性消化プロジェクトはタンクの図面から始まり、そこからプロセスへと逆算していく。だからこそ、適切な容量は確保できても、生物学的に必要な滞留時間を維持できない容器が出来上がってしまうのだ。幾何学的容積と有効容積の間のギャップこそ、性能が静かに失われていく場所である。汲み出せない汚泥が溜まる底部コーン、スカムが占める上部空間、投入原料をそのまま出口へショートカットさせる投入管。エンジニアが嫌気性消化槽の設計主要パラメータを嫌気性消化容器についてレビューするとき、最初の質問は決して直径ではない。微生物が実際に目にする容積は全体の何割か、である。本記事では、重要な順にパラメータリストを解説していく。
有効容積と水力滞留時間
滞留時間は容積を流量で割ったものであり、有効容積のみがカウントされます。設計式は単純です：水理滞留時間は有効液容積を1日あたりの投入量で割ったものに等しい。有効容積とは、槽容積から底部ホッパーに永久的に滞留する汚泥を差し引き、表面のスカム層を差し引き、バッフルや入口デフレクターの背後にあるデッドゾーンを差し引いたものです。中温消化では、実用的な範囲は20～30日です。固形物含有量が高い場合、同じ生物学的作用をおよそ15～20日に短縮できますが、スカム制御の負担が増大します。設計が1日あたり2,000 m³で25日間を要求する場合、有効容積は公称槽容積よりも50,000 m³に近づける必要があり、それによって直径と高さが直ちに変わります。
これから実用的な確認事項が2つ導かれる。第一に、入口と出口は同じ高さにしてはならず、そうしないと流れがショートパスを起こす。一般的な配置は、片側にフィードウェルを設け、反対側に壁を備えたクリアウェルを設けるものである。第二に、混合は容積計算の一部であり、付属物ではない。混合がなければ、消化槽には浮遊スカム層と砂の堆積が生じ、どちらも有効容積を銘板記載の数値より低下させる。
温度、負荷、ガス収率
温度クラスは保持時間とガス発生速度の両方を設定する。35～38 °Cでの中温運転は、負荷変動に寛容であるため、都市およびほとんどの産業スラッジにとってデフォルトである。50～55 °Cでの高温運転は、より速い反応速度とより優れた病原体不活化をもたらすが、より厳密な温度管理とより慎重なアンモニア管理が求められる。いずれの場合も、生成されるガスは有機物負荷に比例し、典型的な都市スラッジでは分解された揮発性固形物1キログラムあたり約0.5～0.6 m³のバイオガスが得られ、低濃度の産業排水では投入量1立方メートルあたりのはるかに小さな値となる。自社の流れのCODまたはVS負荷から真のガス発生速度を推定することは、ベンチマークの数値を引用するよりも重要である。なぜなら、カバー、逃し弁、ガストレインはすべて平均値ではなくピーク値に基づいてサイジングされるからである。
生成ガス中の硫化水素は、投入原料の硫酸塩およびタンパク質含有量に依存します。ガラス融着鋼製槽のホーローライニングは、その全pH範囲にわたって硫化物に対して良好な耐性を持ちますが、下流のボイラー、エンジン、および臭気制御では依然として脱硫が必要であり、通常は塩化第二鉄の添加または乾式脱硫ボックスが用いられます。
槽形式：ボルト締めホーロー外殻および低圧屋根
嫌気性消化槽は、キロパスカル単位のガス圧力で運転される貯蔵容器である。この一つの事実が構造を決定づける。剛性ドームを備えた溶接鋼製またはコンクリート製タンクは、内部圧力の全量をシェルとアンカレッジに伝えるのに対し、柔軟な二重膜屋根を備えたボルト締めガラス融着鋼製容器は、ガスをおよそ±3～5 kPaに保ち、外殻を応力ではなく撓みで対応させる。GFSパネルは820～930 °Cで焼成され、0.25～0.45 mmのエナメル層が3,450 N/cm²以上に定格されており、出荷前に1500 V DCでスパークテストが行われる。エナメルはpH 1～14の範囲をカバーし、有毒ショックや工業用投入バッチに続くpH変動から容器を保護する。幅約1.2 mのパネルは8.8級ボルトとEPDMガスケットで接合され、屋根リムはガス出口、逃し弁、フレームアレスタ、計器を担うため、適切にディテール化しなければならない接合部である。
圧力境界の記載は入札書類に含めるべきです。消化槽は常圧または低圧貯蔵であり、容器は圧力境界として設計されていません。プロセスでガス混合やより高い処理速度のために真の圧力が必要な場合は、それは別の容器クラスであり、契約で合意された規格に基づいて別途調達する必要があります。
技術仕様
パラメータ | 標準値／範囲 | 備考 |
運転温度 | 中温 35～38 °C | 高温 50～55 °C（代替） |
水力滞留時間 | 20～30日 中温 | 高固形分含有量で15～20日 |
典型的なガス発生量 | 除去VS 1 kgあたり0.5～0.6 m³のバイオガス | 都市下水汚泥の参考値 |
運転ガス圧力 | ±3～5 kPa | 低圧ガスカバー、常圧槽 |
内膜設定圧力 | 約2～3 kPa | 二重膜屋根構成 |
エナメル焼成温度 | 820～930 °C | 鋼板に融着したガラス |
ホーロー層の厚さ | 0.25～0.45 mm | 3,450 N/cm²以上 |
スパークテスト | 1500 V DC | 出荷前にパネルごと |
パネル幅とボルト | 約1.2mパネル、8.8グレードボルト | EPDMガスケットフランジ継手 |
設計寿命 | 30年以上 | 常圧消化サービス |
鋼材を切断する前に図面上で設計を確認する
有能な設計レビューは8つのポイントをカバーする。有効容量は銘板容量ではなく、保持時間に対して確認すること。底部形状が、恒久的に容積を占めるデッド層を残さずに排水できることを確認すること。スカム制御を確認し、予想される泡に対して適切なサイズの混合システムまたは機械式スカムスキマーを備えること。ガスラインの配管経路とリリーフバルブの設定圧力を、ピーク生産量から最小ガス需要量を差し引いた値に対して検証すること。換気とカバーの間隔を確認すること。高温気候では密閉されたヘッドスペースがメンブレンを損傷する可能性があるためである。混合動力密度とデッドコーナーのカバレッジを確認すること。供給原料に対するpHとアルカリ度の緩衝能力をレビューすること。そして、検査のためのマンホールのアクセス性と、基礎の沈下に対するアンカーボルトを確認すること。
最後の項目は、ボルト締めタンクが溶接タンクよりも通常優位に立つ点です。この方式で納入された食品加工排水処理プラントの嫌気性セクションは、完全なEPC嫌気性トレインとして供給され、タンク、ガス処理、および後続の処理段階へのインターフェースが一つのパッケージとして設計されました。
プロジェクト事例
プロジェクト | 所在地 | 製品 | 処理能力 | 範囲 |
嫌気性処理トレイン、大豆加工排水 | 中国河北省 | GFS嫌気性消化槽 | プロジェクト固有 | EPC嫌気性セクション供給＋監督 |
醸造所廃水貯留 | 中国・四川 | GFSタンク | 14,655 m³ | 供給、廃水貯留 |
産業排水タンクプログラム、27基 | 中国・新疆 | GFSタンク | 30,469 m³ | 供給＋監督 |
センターエナメルエンジニアリング能力
センターエナメル（石家荘正中科技有限公司）は、2008年からボルト締め貯蔵タンクの設計と製造を行っています。中国初のガラス融着鋼（GFS）タンクメーカーとして、同社は約200件のエナメル関連特許を保有し、年間約30万枚のエナメルコーティング鋼板を生産し、30,000件以上の設置プロジェクトを完了し、100カ国以上にタンクを供給しています。生産能力を高めるために新たに150,000 m²の生産拠点が追加され、単一タンクは最大60,000 m³まで供給可能です。製造はISO 9001およびISO 45001の下で運用され、製品認証にはNSF/ANSI 61、WRAS、FDA、LFGB、CE（EN 1090）、ISO 28765、FM、BSCI、EUROCODEが含まれ、用途に応じてAWWA D103-09、AWWA C550、NFPAを参考に設計されています。
嫌気性消化槽の場合、これには有効容積の計算、中温温度と保持時間の範囲、気密低圧カバーの統合、および三相分離器とバイオガストレインへのインターフェースが含まれます。
よくある質問
Q1: 必要な保持時間をタンクサイズに変換するにはどうすればよいですか？
A1: 1日あたりの投入量に保持時間を掛け、底部ホッパー、スカム層、および仕切りによるデッドゾーンのデッドボリュームを差し引きます。その結果が有効容積であり、幾何学的なタンクはその数値にデッドボリュームを加えたものです。
Q2: ボルト締めガラス融着鋼タンクは消化槽として使用できますか？
A2: はい、ダイジェスターが運転される低いガス圧力においてです。槽は大気圧貯蔵であり、フレキシブルカバーが±3～5 kPaでガスを保持し、ホーローライニングが硫化物と流れのpH変動に対応します。
Q3: 中温消化にはどのくらいの滞留時間を使うべきですか？
A3: 35～38 °Cで20～30日が中温消化の標準範囲です。固形分含有量が高い場合は15～20日まで短縮できますが、スカムと混合の管理をより強化する必要があります。
Q4: ガスラインのサイジングのためにバイオガス量をどのように見積もればよいですか？
A4: 自身の投入原料の揮発性固形分またはCOD負荷を測定し、都市下水汚泥では除去された揮発性固形分1キログラムあたり約0.5～0.6 m³の収率を適用し、その後、配管、逃し弁、カバーを平均値ではなく1日あたりのピーク量からサイジングしてください。
Q5: 消化槽に内面コーティングは必要ですか？
A5: 溶融ホーローが腐食バリアであり、ボルト締めパネルは工場でホーロー加工され、スパークテスト済みです。コーティングの問題は実際にはガス空間とノズルに関するもので、それらの貫通部はホーロー縁を再溶融して詳細に処理されています。
Q6: ガスが消費されない場合はどうなりますか？
A6: 圧力はまず逃し帯域まで上昇するため、カバーが持ち上がり逃し弁が開きます。逆のケースには真空破壊装置が対応します。どちらも火炎防止器とともにガスマニホールドに属します。
Q7: 消化槽は後から拡張できますか？
A7: はい、ボルト締め容器は追加のリングや隣接する第二のユニットを追加でき、排水負荷の増加に伴い容量を追加する計画のプラントに適しています。
嫌気性消化槽の設計は、機械的なものというよりもまずプロセス計算です。滞留時間から有効容積を決め、温度クラスを決め、ベンチマークではなく自社の負荷からガス発生量を導き出し、そのうえで直径と高さを決定します。構造上の帰結は有益です。±3～5 kPaでは、槽は柔軟なガス気密カバーを備えた常圧タンクのままであり、820～930 °Cで焼成された琺瑯と1500 Vのスパークテスト済みパネルを備えたボルト締めガラス融着鋼製シェルは、剛性のある圧力ドームよりもはるかに少ない応力で済みます。投入量、負荷、目標滞留時間をエンジニアリングデスクに送れば、槽のサイズ決定、カバー構成、ガス系インターフェースが文書パッケージとともに返ってきます。
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消化データをお送りください：投入原料の種類と日量、CODまたは揮発性固形物の負荷、固形物含有率、目標滞留時間、中温または高温運転温度、予想される1日あたりのバイオガス量とその最終用途、さらに設置場所の土壌・風・積雪条件。当社のエンジニアが、有効容積計算、タンク直径と高さ、安全弁およびフレームアレスタ設定を備えた二重膜式カバー構成、攪拌レイアウト、および完全な入札図書一式を返送いたします。まずはご検討ください。見積もりのプレッシャーはありません。
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