難処理流体向け汚泥貯蔵タンクの選定と仕様
作成日 09.04
難処理流体向け汚泥貯留タンクの選定と仕様
汚泥貯留タンクの容量は、保持すべき乾燥固形物の量とその保持日数によって決まるものであり、流量の数値から決めるものではない。有効容量は、1日あたりの乾燥固形物量を貯留濃度で除した値に保持日数を乗じ、さらに沈降する堆積物や泡のための余裕高を加えたものに等しい。ガラス融着鋼は、ホーローがpH 1～14の範囲で不活性であり、Ra 0.8 µm未満の表面を有するため、粘着性のある汚泥の付着を低減できることから、この流体に適している。タンクが機能するかどうかを左右する2つの設計項目は、固形物を流動状態に保つための撹拌と、貯留汚泥が発生する硫化水素に対する通気およびガス空間の処理である。
スラッジは処理プラントの中で最も華やかさに欠ける流れであり、タンクにとって最も損傷を与えるものです。粘稠で、沈降し、停止から数時間で嫌気性になり、悪臭を放ち、硫化物、アンモニア、有機酸という腐食性の混合物を含んでいます。内面塗装を施した炭素鋼タンクでは数年で液面ラインや堆積物の下で故障します。本記事では、容量計算、撹拌要件、ライニングの問題、見落とされがちなガス空間、そしてスラッジタンクが溢流に至るのを防ぐ液面制御と点検について取り上げます。
乾燥固形分と保持日数からのサイズ決定
体積の問いは乾燥固形分の物質収支であり、どの流量数値よりも信頼できる。上流プロセスからの日間乾燥固形分質量から始め、槽が保持する濃度で割れば日間体積が得られる。これに槽がカバーしなければならない日数を掛ける。その日数は排出または脱水のスケジュールと、週末やメンテナンス停止を緩衝する必要性によって決まる。次に、沈降する土砂と浮上する泡のための余裕高を加える。どちらも数週間のうちに有効体積を消費するからである。
計算例：1日当たり8トンの乾燥固形物が5パーセント濃度で到着する場合、1日当たり160 m³のスラッジとなる。5日間保持するということは、800 m³の有効貯留量を意味し、堆積物と泡の余裕分を約15パーセントとすると、シェルは920 m³近くに指定される。この数値はボルト締めタンクとしては適度であり、現場建設の池としては扱いにくい。これが、所有者が池を掘るのではなくタンクを購入するに至る通常の理由である。より大規模なプラントもこのようにスケールアップし、バッファー要件が増大する場合、単一のボルト締めタンクは60,000 m³まで供給されている。
撹拌：タンクが容量を保持できるかを決める項目
撹拌のない汚泥タンクは沈降タンクであり、沈降タンクはスラッジブランケットが濃厚になるにつれて容積を失う。汚泥は速く沈降する。一勤務時間内に、撹拌のないタンクの底部には圧密された床が形成され、一ヶ月後にはその床はタンクの三分の一になるかもしれない。機械式撹拌やガス混合は固形物を懸濁状態に保つか、ポンプ輸送できる程度に流動性を維持する。そして両方ともコスト面での影響がある。機械式ミキサーは動力と砥粒に対する軸受保護が必要であり、ガス混合は消化ガスまたはブロワーを使用し、詰まらない分配ヘッダーが必要である。
ミキサーの種類よりも重要な2つの詳細がある。第一は配置である：重い砂利が堆積するデッドコーナーを作らないようにアジテーターを配置し、圧密された床がポンプに流入しない位置から取水する出口を設けること。第二はガス空間である：撹拌された汚泥は硫化水素とメタンをヘッドスペースに放出するため、ベントはガス発生量に合わせたサイズとし、ヘッドスペースの鋼材は腐食性雰囲気に対応した処理を施さなければならない。ガス戦略なき撹拌は、腐食問題を液ラインから屋根へと移すだけである。
内張りとエナメルケース
スラッジブランケットは、タンク内部で遭遇する最も過酷な環境であり、酸性で硫化物を含んでいます。スラッジが動きを止めるとすぐに、嫌気性細菌が揮発性脂肪酸と硫化水素を生成し、局所的にpHが低下し、硫化物が鋼を侵食します。ガラス融着鋼は、この問題からライニングを遠ざけます。琺瑯は820～930 °Cで鋼に融着され、0.25～0.45 mmの層を形成し、3,450 N/cm²以上の定格を持ち、pH 1～14の範囲で化学的に不活性であり、組立後に1500 V DCでスパークテストが行われ、少なくとも30年間の仕様が規定されています。その表面はRa 0.8 µm以下であり、これは粘着性のあるスラッジにとって注目に値します。なぜなら、壁面や床面への付着を低減するからです。
残存する不具合モードは層間剥離とピンホールであり、実際の対応は現場補修ではなく工場でのスパークテスト記録である。ライニングが好まれる場合の塗装ルートとしては、AWWA C550に基づく耐塩水噴霧4000時間超の、膜厚180～280 µmの溶融結合エポキシが代替案となる。溶融亜鉛めっきはここでは候補にならない。亜鉛は酸性および硫化物を含むスラッジによって急速に侵食されるためである。ボルト締めシェルでは、継手はガスケットを介して8.8級ボルトで締結され、検査可能であり、運用条件が許せばタンクを空にすることなくパネルを交換してシェルを再試験できる。
技術仕様
パラメータ | 標準値 / 範囲 | 注記 |
設計基準 | 日間乾燥固形分を貯留濃度で割り、保持日数を掛ける | 物質収支であり、流量ではない |
事例 | 5%TSで8t/日の乾燥固形物、5日間保持 | 約920 m³のシェルと余裕高 |
余裕高 | 沈殿物と泡に対して約15パーセント | 両方が有効容積を消費 |
撹拌 | 機械式またはガス式混合 | 容積のブランケット損失を防ぐ |
出口 | 圧密層を避ける位置から引き抜く | ポンプを保護 |
ホーロー融着温度 | 820～930 °C | 1回の熱融着サイクル |
ホーロー層の厚さ | 0.25～0.45 mm | 組立後の1500 V DCスパークテスト |
エナメルの耐pH性 | 1～14 | 嫌気性ブランケット全体で不活性 |
内面粗さ | Ra < 0.8 µm | 粘着性汚泥の付着を低減します |
ヘッドスペースガス | 沈降汚泥からのH₂Sとメタン | ガス発生量に応じたベント |
圧力クラス | 大気圧から低圧 | 屋根とベントが境界を規定 |
設計寿命 | 少なくとも30年 | 指定されたスラッジサービス条件下で |
レベル制御、通気、そして誰も計画していなかったオーバーフロー
汚泥タンクが公的記録において失敗するのは、溢れたときであり、その原因がライニングであることはほとんどない。それは液位計である。盲目的に充填される汚泥タンクは、液位が目視で頂部に達するまで警報がなく、週末には上流プロセスが生産を続ける一方で排出能力が低下する。制御室への遠隔指示、高液位警報、そしてトリップ時に何が起こるかを明記した排出プロトコルを備えた液位計を指定すること。それはタンクの項目ではなく制御システムの項目であり、プロジェクトにおいて最も安価な保険である。
ベントは2番目です。活性汚泥上の密閉されたヘッドスペースはガスを発生させるため、タンクにはガス発生量と温度変動に応じたサイズのベントまたは圧力・真空リリーフが必要であり、ガスが引き出される場合は下流の処理も考慮する必要があります。臭気対策のためにヘッドスペースを密閉する場合、通常の解決策は、内側膜の公称圧力が約2～3 kPaの気密膜屋根とリリーフ装置であり、剛性屋根オプションの荷重ケースはADM 2015またはASCE 7-10から導出されます。
プロジェクトケース
プロジェクト | 場所 | 製品 | 容量 | スコープ |
醸造廃水タンク | 中国、四川 | GFSタンク | 14,655 m³ | ボルト締めタンクおよび屋根の供給 |
豆加工廃水用の嫌気性セクション | 中国、河北 | GFS消化槽タンク | 嫌気性プロセスセクション | タンク供給とプロセス統合 |
産業廃水タンク、27基 | 中国、新疆 | GFSタンク | 合計30,469 m³ | 供給および監督 |
都市廃水タンク、10基 | 中国、四川 | GFSタンク | 総容量17,420 m³ | 供給と現場組立 |
Center Enamelのエンジニアリング能力
Center Enamel（石家庄正中科技有限公司）は2008年からボルト締め貯蔵タンクの設計・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件のホーロー関連特許を保有し、年間約30万枚のホーローコーティング鋼板を生産、3万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15万m²の新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の下で行われ、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。
汚泥処理において関連する範囲は、スパークテスト記録を伴うエナメル内装、容積を使用可能に保つ撹拌および出口配置、そしてガス空間が最初から処理されるようにシェルとともに提供される屋根、ベント、および逃がし境界です。
よくある質問
Q1: 汚泥貯蔵タンクのサイズはどのように決定しますか？
A1: 日間乾燥固体質量を貯蔵濃度で割って日間容積を求め、保持日数を掛け、次に沈降物と泡のための余裕高を加えます。非ニュートン流体では、流量数値よりも物質収支の方がはるかに信頼性が高いです。
Q2: なぜ撹拌が必要なのですか？
A2: 汚泥が沈降・圧密し、圧密された床が有効容積を消費し、最終的に排出口を閉塞するためです。撹拌により固形物を流動状態に保つことで、1年後もタンクは仕様通りの容量を維持できます。
Q3: GFSタンクは生汚泥を貯留できますか？
A3: はい。ホーローはpH 1～14の範囲で不活性であり、酸性の硫化物含有層にも対応します。ポンプの負荷を想定するのではなく、貯留濃度に応じて排出口とポンプ配置を確認してください。
Q4: タンクにベントは必要ですか？
A4: はい。貯留汚泥からのガス発生はヘッドスペースに溜まるため、その発生量に応じたベントまたは圧力・真空リリーフが必要であり、下流のガス処理も考慮する必要があります。
Q5: タンクは圧力容器ですか？
A5: いいえ。大気圧または低圧であり、境界は屋根、通気口、逃し口によって定義されます。プロセス上必要な場合の圧力容器は、契約で合意された仕様とコードに従って設計されます。
Q6: スラッジタンクが溢れる原因は何ですか？
A6: ライニングの故障ではなく、レベル管理です。遠隔警報も定義された排出プロトコルもないまま盲目的に充填されたスラッジタンクは満杯になり、誰もが存在すると思い込んでいた排出接続部が通常の根本原因です。
Q7: 検査プログラムは何ですか？
A7：外装コーティングとボルト頭部、開放継手のガスケット、ベントとリリーフ、レベル計器、各空時の出口と堆積物深さ、およびパネル交換後のスパーク再試験。
汚泥貯留タンクは、その容量を保持できるときに機能します。乾燥固形分からサイズを決定し、スラッジブランケットが容量を侵食しないように撹拌し、硫化物や酸に影響されない材料で内張りし、レベルアラームとベントを意図的に仕様化して装備します。物質収支と撹拌を正しく行えば、タンクは目立たない存在になります。これらを怠ると、プラントの毎年のメンテナンス項目になります。
乾燥固形物の生産量、貯蔵可能な濃度、保持日数、および現場条件をお知らせください。容量計算、タンクサイジング、撹拌・ベント提案、技術ファイルパッケージをご返答いたします。
エンジニアに相談する
汚泥の特性評価、日々の固形物負荷、対応が必要なスケジュールをお知らせください。一緒にタンクのサイジングを行います。マスバランス、シェル形状、ライニングと撹拌の推奨事項、レビュー用図面をお受け取りいただけます。まずはエンジニアリングの回答を、義務なしで。
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