Zintegrowane rozwiązania w zakresie uzdatniania wody — systemy zbiorników klarowniczych GFS do separacji cieczy i ciał stałych
Utworzono 03.06
Zintegrowane rozwiązania w zakresie uzdatniania — systemy zbiorników klarowniczych GFS do separacji ciecz–ciało stałe
Zbiornik klarujący oddziela ciała stałe od cieczy grawitacyjnie, a jego wydajność określa obciążenie hydrauliczne powierzchni, a nie grubość ścian. Obciążenie powierzchniowe między 0,5 a 2,0 m³/m²·dzień to zakres projektowy dla większości komunalnych i przemysłowych procesów klarowania, dostosowywany do prędkości sedymentacji ciał stałych i wymaganej jakości ścieków oczyszczonych. Gdy obliczenia wskazują na dużą powierzchnię zabudowy, praktycznym rozwiązaniem jest zbiornik skręcany ze stali emaliowanej szkłem: powłoka emaliowa jest odporna na warunki beztlenowe i kwaśne, które rozwijają się w warstwie osadu, a panele skręcane można dostarczyć jako kompletny zbiornik ze zgarniaczem, lejem i dachem. Dwie decyzje projektowe, które decydują o tym, czy zbiornik działa prawidłowo, to mechanizm zbierania osadu i szybkość odprowadzania warstwy osadu.
Wprowadzenie
Zakład został już zbudowany wokół osadnika. Rurociągi są poprowadzone, fundamenty pod dmuchawy wylane, a inżynier procesu potrzebuje objętości zbiornika i czasu retencji, zanim zakres robót budowlanych będzie mógł zostać zamknięty. Trudność polega na tym, że osadnik nie jest zbiornikiem magazynowym z spokojnym wlotem: jest to urządzenie do separacji grawitacyjnej, w którym czas przebywania, energia na wlocie i głębokość warstwy osadu muszą być odpowiednio dobrane jednocześnie, a ściana zbiornika musi wytrzymać strefę osadu, która ulega anaerobiozie, wydziela zapachy i powoduje korozję. W artykule omówiono obliczenia separacji, mechanizmy zbierania oraz sposób specyfikowania osadnika ze szkła spiekanego ze stalą, aby zbiornik i proces działały jako jeden system. To, co zakład faktycznie kupuje pod hasłem zintegrowanych rozwiązań technologicznych, to systemy zbiorników klarowniczych GFS do separacji ciecz–ciało stałe, specyfikowane jako jeden ciąg technologiczny ze wspólnym kolektorem wlotowym i pojedynczym odprowadzeniem osadu, a nie naczynie kupowane według rysunku.
Co faktycznie separuje ciała stałe
Klaryfikacja jest regulowana przez powierzchniowe obciążenie hydrauliczne, a wszystko inne to szczegóły. Wyrażenie projektowe jest proste: obciążenie powierzchniowe w metrach sześciennych na metr kwadratowy na dobę równa się przepływowi podzielonemu przez powierzchnię rzutu. Większość komunalnych osadników wstępnych i wiele zadań wyrównawczych w przemyśle mieści się w przedziale 0,5 do 2,0 m³/m²·d, przy czym dokładna wartość jest ustalana przez prędkość sedymentacji cząstek i jakość ścieków oczyszczonych, jaką zakład może osiągnąć. Po wybraniu wymaganego obciążenia powierzchniowego powierzchnia rzutu wynika z przepływu projektowego, a średnica wynika z powierzchni. Przepływ 2 000 m³/h przy 1,2 m³/m²·d wymaga około 1 400 m² powierzchni rzutu, co odpowiada średnicy blisko 42 m, czyli dokładnie takiemu rozmiarowi, przy którym system paneli skręcanych zaczyna mieć więcej sensu niż zbiornik betonowany na miejscu. Przy takim rozmiarze zintegrowane rozwiązania oczyszczania — systemy osadników klarujących GFS do separacji ciecz–ciało stałe — są zwykle tańsze w montażu niż zbiornik wylewany, ponieważ panele dostarczane są płasko, a roboty budowlane ograniczają się do pierścieniowej belki fundamentowej.
Do tej liczby odnoszą się dwie korekty. Pierwsza dotyczy strefy wlotowej: źle umieszczony wlot tworzy zwarcie hydrauliczne, które niszczy efektywną powierzchnię sedymentacji, dlatego studzienkę wlotową i przegrodę należy zwymiarować z taką samą starannością jak sam osadnik. Druga dotyczy kożucha osadowego: osadnik wtórny, który odprowadza kożuch zbyt szybko, traci zdolność wychwytywania, a ten, który odprowadza go zbyt wolno, pozwala kożuchowi ulec anaerobiozie i wznieść się do strefy sedymentacji. Praktycznym rozwiązaniem jest zgarniacz o zmiennej prędkości, którego prędkość przesuwu jest dopasowana do głębokości kożucha mierzonej przy stożku. Określone jako część robót, zintegrowane rozwiązania oczyszczania — systemy osadników klarujących GFS do separacji ciecz–ciało stałe — są wtedy warte zakupu tylko wówczas, gdy prędkość zgarniacza, głębokość kożucha i szybkość odprowadzania są ustalane łącznie.
Konstrukcja zbiornika do zastosowań osadniczych
Płaszcz zbiornika musi przetrwać strefę osadu, która jest najmniej przyjaznym miejscem w każdej oczyszczalni. Poniżej strefy sedymentacji znajduje się warstwa stałych substancji organicznych, która ulega fermentacji beztlenowej, lokalnie obniża pH i wytwarza siarczki. Malowana stal węglowa wewnątrz tej strefy ulega awarii na linii cieczy w ciągu kilku lat. Panele ze stali emaliowanej szkłem rozwiązują ten problem inaczej: emalia jest wtapiana w stal w temperaturze 820–930 °C jako warstwa o grubości 0,25–0,45 mm, jest obojętna w zakresie pH 1–14 i ma powierzchnię poniżej Ra 0,8 µm. Istotnymi trybami awarii stają się wówczas delaminacja i pory, które są kwestiami kontroli produkcyjnej, a nie naprawy w terenie, i które są wykrywane przez test iskrowy prądem stałym 1500 V po montażu.
Geometria wynika z mechanizmu. Okrągły osadnik z centralną studzienką zasilającą i zgarniaczem promieniowym lub mostowym do stożkowego dna centralnego to standardowe rozwiązanie dla jednostki jednokomorowej. Kwadratowe lub prostokątne osadniki skręcane są możliwe, ale marnują powierzchnię rzutu i komplikują zgarniacz. Dno lejowe zapewnia zwartą strefę osadu z wysokim odprowadzaniem ciał stałych, pasuje do płaszcza GFS, ponieważ lej można zbudować z tych samych paneli o zmienionym profilu, i wiąże się z głębszym wykopem. Płaskie dno ze zgarniaczem i bocznym odpływem jest płytsze, ale utrzymuje większą objętość warstwy osadu, która działa jako bufor kosztem skuteczności wychwytywania.
Zgarniacz, napęd i zakres mechaniczny
Pakiet mechaniczny decyduje o tym, czy zbiornik jest osadnikiem, czy zbiornikiem na zanieczyszczenia. Zgarniacz mostowy z napędem centralnym porusza się powoli, zazwyczaj z prędkością, która przemieszcza zgromadzony osad w kierunku leja centralnego bez jego ponownego zawieszenia; zgarniacz z napędem obwodowym porusza się wzdłuż ściany zbiornika i nadaje się do dużych średnic, gdzie most centralny wymagałby nadmiernej konstrukcji. Dobór napędu, ochrona łożysk przed siarkowodorem oraz konstrukcja lemiesza zgarniacza, która zapobiega rozorywaniu warstwy osadu, to trzy elementy, które należy starannie określić. W zbiorniku GFS skręcanym śrubami most może być konstrukcją stalową wykonaną fabrycznie, dostarczoną w sekcjach i skręconą na miejscu, co pozwala uniknąć spawania na budowie i obróbki cieplnej, które byłyby potrzebne w przypadku osadnika wylewanego na miejscu lub spawanego.
Odpowietrzanie to drugi temat mechaniczny. Przestrzeń nad zwierciadłem cieczy w osadniku będzie przenosić siarkowodór i metan z warstwy osadu, dlatego dach i odpowietrznik muszą być traktowane jako element korozyjny i bezpieczeństwa, a nie jako dodatek na końcu. Emalia chroni stronę cieczową; stal dachu, przewód odpowietrzający i napęd zgarniacza wymagają powłoki lub doboru materiału odpowiedniego dla przestrzeni gazowej. W przypadku zamkniętej przestrzeni nad zwierciadłem cieczy typowym rozwiązaniem jest dach z opcją membrany gazoszczelnej oraz zaworem nadciśnieniowo-podciśnieniowym, a odpowietrznik musi być zwymiarowany na ilość gazu wytwarzanego przez warstwę osadu przy obciążeniu szczytowym.
Specyfikacja techniczna
Parametr | Typowa wartość / zakres | Uwaga |
Prędkość przelewowa powierzchniowa | 0,5–2,0 m³/m²·dzień | zakres planistyczny dla większości osadników |
Przepływ projektowy, przykład | 2 000 m³/h | określa powierzchnię rzutu, a tym samym średnicę |
Powierzchnia planu, przykładowy przypadek | około 1400 m² | przepływ podzielony przez obciążenie powierzchniowe |
Czas zatrzymania | zazwyczaj kilka godzin | sprawdzić względem wymaganego wychwytu |
Głębokość warstwy osadu | kontrolowane przez szybkość odprowadzania | odprowadzać szybciej, aby zwiększyć wychwyt, wolniej, aby buforować |
Temperatura topnienia emalii | 820–930 °C | szkło stopione ze stalą w jednym cyklu |
Grubość warstwy emalii | 0,25–0,45 mm | Test iskrowy 1500 V DC po montażu |
Odporność emalii na pH | 1–14 | obojętny w strefie kożucha beztlenowego |
Chropowatość powierzchni wewnętrznej | Ra < 0,8 µm | zmniejsza osadzanie się na ścianie |
Szerokość panelu | około 1,2 m | modułowy system paneli skręcanych śrubami |
Klasa śrub | śruby klasy 8.8 | połączenie z inhibitorem korozji |
Projektowana trwałość | co najmniej 30 lat | w określonych warunkach chemicznych |
Integracja klarowników w zintegrowanym rozwiązaniu uzdatniania
Zintegrowane rozwiązanie w zakresie uzdatniania jest wiarygodne tylko wtedy, gdy osadnik został zwymiarowany wraz z sąsiednimi urządzeniami w ciągu technologicznym – przed nim i za nim – a nie zwymiarowany niezależnie, a następnie podłączony. Zbiornik wyrównawczy przed nim buforuje przepływ, dzięki czemu osadnik nie musi przyjmować fali, której nie jest w stanie osadzić. Stopień biologiczny przed nim ustala obciążenie ciałem stałym. Zagęszczacz lub jednostka zagęszczająca za nim określa stężenie odprowadzanego osadu, a fermentator lub reaktor beztlenowy za nim odbiera odprowadzany osad. Na terenie przemysłowym, gdzie osad trafia do fermentacji beztlenowej, stężenie na wyjściu osadnika determinuje czas zatrzymania w fermentatorze, co z kolei determinuje objętość fermentatora.
W przypadku trasy beztlenowej zakres roboczy jest mezofilny w temperaturze 35–38 °C, z hydraulicznym czasem retencji wynoszącym 20–30 dni dla konwencjonalnych osadów komunalnych oraz wydajnością biogazu na poziomie 0,5–0,6 m³ na kg dodanych substancji lotnych. Ten łańcuch jest powodem, dla którego prosimy o pełny ciąg technologiczny oczyszczania, a nie tylko o zbiornik: osadnik, który kieruje 4 procent substancji stałych do digestora, to inne urządzenie niż ten, który kieruje 2 procent. Gdy projekt znajduje się w klasie usługowej bez bezpośrednio porównywalnej realizacji w aktach, opisujemy, co jest dostarczane w sąsiednich zadaniach dla ścieków komunalnych i przemysłowych, z zakresem wydajności zweryfikowanym przez specyfikację projektu, zamiast sugerować konkretną dotychczasową lokalizację.
Studium przypadku
Projekt | Lokalizacja | Produkt | Pojemność | Zakres |
Zbiornik wodny o dużej średnicy | Namibia | Zbiornik GFS | 44 900 m³ | dostawa i nadzór |
Zbiorniki na wodę przeciwpożarową, dwie jednostki | Chiny, Syczuan | Zbiorniki GFS | 8930 m³ | φ19,87 × 14,4 m każdy, dostawa |
Zbiorniki na ścieki komunalne, 10 jednostek | Chiny, Syczuan | Zbiorniki GFS | łącznie 17 420 m³ | dostawa i montaż na miejscu |
Zbiorniki na ścieki przemysłowe, 27 jednostek | Chiny, Sinciang | Zbiorniki GFS | 30 469 m³ łącznie | dostawa i nadzór |
Zdolności inżynieryjne Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) projektuje i produkuje zbiorniki magazynowe skręcane od 2008 roku. Jako pierwszy w Chinach producent zbiorników ze stali powlekanej szkłem (GFS), firma posiada blisko 200 patentów związanych z emalią, produkuje około 300 000 stalowych płyt powlekanych emalią rocznie, zrealizowała ponad 30 000 zainstalowanych projektów i dostarcza swoje zbiorniki do ponad 100 krajów. Dodano nową bazę produkcyjną o powierzchni 150 000 m², aby zwiększyć zdolności produkcyjne, a pojedyncze zbiorniki są dostarczane o pojemności do 60 000 m³. Produkcja odbywa się zgodnie z ISO 9001 i ISO 45001, z certyfikacją produktów obejmującą NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI i EUROCODE, a projektowanie opiera się na AWWA D103-09, AWWA C550 i NFPA, gdy wymaga tego zastosowanie.
W przypadku klarowania i separacji ciecz-ciało stałe wykracza to poza płaszcz, obejmując mostek zbiórki osadu, lej, dach i odpowietrznik dobrany do gazu kożucha oraz interfejs do ciągu fermentacji beztlenowej, gdzie stężenie odprowadzane określa objętość reaktora.
Często zadawane pytania
P1: Jak dobrać wielkość osadnika, a nie zbiornika magazynowego?
A1: Na podstawie obciążenia hydraulicznego powierzchni, a nie wyłącznie na podstawie czasu retencji. Podziel przepływ projektowy przez wymagane obciążenie powierzchni, aby uzyskać powierzchnię rzutu, wyznacz z niej średnicę, a następnie dodaj studnię wlotową, konstrukcję zgarniacza i wolną przestrzeń do wysokości płaszcza.
P2: Czy zbiornik ze stali emaliowanej skręcany śrubami można zbudować ze stożkowym dnem?
O2: Tak. Zbiornik stożkowy jest zbudowany z tego samego systemu paneli ze zmienionym profilem, a wzór połączeń śrubowych sprawia, że stożek jest zespołem kontrolowanym fabrycznie, a nie spawanym na miejscu. Kompromisem jest głębszy wykop.
P3: Co powoduje utratę skuteczności osadnika po rozruchu?
O3: Zazwyczaj przykrycie strefy osadzania osadem z powodu zbyt głębokiego nagromadzenia lub prędkość zgarniacza, która ponownie zawiesza warstwę osadu. Oba są ustawieniami eksploatacyjnymi; rozwiązaniem projektowym jest zgarnianie ze zmienną prędkością z pomiarem głębokości warstwy osadu przy stożku.
P4: Czy wykładzina emaliowana pomaga w osadniku?
A4: Tak. Kożuch osadowy ulega procesom beztlenowym i staje się kwaśny, a emalia jest obojętna w zakresie pH 1–14. Eliminuje to korozję wykładziny jako tryb awarii i pozostawia zakres mechaniczny, powłokę zewnętrzną oraz połączenia śrubowe jako elementy do inspekcji.
P5: Czy dach klarownika powinien być uszczelniony?
A5: Tylko tam, gdzie uzasadnia to wytwarzanie gazu, a wtedy z zaworem nadciśnieniowym i podciśnieniowym oraz odpowietrznikiem o rozmiarze dostosowanym do szczytowego obciążenia. Otwarty odpowietrznik w korozyjnej przestrzeni nadcieczowej nadal wymaga stali powlekanej lub stopowej w strefie gazowej.
P6: Jak klarownik współdziała z fermentatorem beztlenowym?
A6: Klarownik ustala stężenie zagęszczonego osadu, co określa szybkość obciążenia fermentatora, a tym samym wymaganą objętość przy mezofilowym czasie retencji 20–30 dni. Zmiana odprowadzania z klarownika zmienia rozmiar fermentatora.
P7: Czy osadnik można później rozbudować?
O7: W przypadku płaszcza skręcanego tak, poprzez dodanie drugiej jednostki równolegle lub podwyższenie płaszcza za pomocą dodatkowych paneli. Równoległe ustawienie jest zwykle rozwiązaniem, ponieważ wydajność osadnika zależy od powierzchni rzutu, a podwojenie powierzchni oznacza drugi zbiornik, a nie wyższy.
Wniosek
System osadnika klarującego działa prawidłowo, gdy obciążenie powierzchniowe, układ wlotowy i szybkość odprowadzania osadu są projektowane łącznie, a płaszcz zbiornika może utrzymywać warstwę beztlenową przez dziesięciolecia, nie stając się elementem wymagającym konserwacji. Powłoki stalowe łączone śrubowo ze szkłem emaliowanym bezpośrednio odpowiadają na drugą połowę tego wymagania, a format paneli łączonych śrubowo umożliwia dostarczenie osadnika klarującego o dużej średnicy na miejsca, gdzie zbiornik wylewany na miejscu byłby niepraktyczny.
Prześlij nam przepływ projektowy, stężenie ciał stałych w dopływie i odpływie, dostępną działkę oraz trasę osadu odprowadzanego, a my zwrócimy obliczenia obciążenia powierzchniowego, średnicę i wysokość płaszcza oraz zakres mechaniczny do przeglądu.
Porozmawiaj z inżynierem
Przekaż nam przepływ, ładunek ciał stałych, wykres i to, co dzieje się z osadem. Otrzymasz obliczenia sedymentacji, geometrię zbiornika, propozycję zgarniacza i leja oraz pakiet dokumentacji technicznej. To inżynieria, którą możesz przedstawić własnemu konsultantowi procesowemu, a nie ulotka sprzedażowa.
WhatsApp