Seleção e Especificação de Tanque de Armazenamento de Lodo para Fluidos Difíceis
Criado em 09.04
Seleção e Especificação de Tanques de Armazenamento de Lodo para Fluidos Difíceis
Um tanque de armazenamento de lodo é dimensionado a partir dos sólidos secos que deve conter e dos dias que deve retê-los, não a partir de um valor de vazão. O volume útil é igual aos sólidos secos diários divididos pela concentração armazenada, multiplicado pelos dias de retenção, mais a borda livre para o sedimento e a espuma que se depositam. O vidro fundido ao aço lida com o fluido porque o esmalte é inerte em pH 1–14 e apresenta uma superfície abaixo de Ra 0,8 µm, o que reduz a adesão de um lodo pegajoso. Os dois itens de projeto que decidem se o tanque funciona são a agitação para manter os sólidos móveis, e o tratamento do respiro e do espaço gasoso para o sulfeto de hidrogênio que o lodo armazenado produz.
O lodo é a corrente menos atraente numa estação de tratamento e a mais prejudicial para um tanque. É espesso, sedimenta, entra em anaerobiose poucas horas após parar, cheira mal e contém uma mistura corrosiva de sulfureto, amónia e ácido orgânico. Um tanque de aço carbono com interior pintado aguenta alguns anos e depois falha na linha de líquido e sob o sedimento. Este artigo aborda o cálculo de volume, a exigência de agitação, a questão do revestimento, o espaço de gás que é frequentemente esquecido, e o controlo de nível e a inspeção que impedem um tanque de lodo de se tornar um transbordamento.
Dimensionamento a partir de sólidos secos e dias de retenção
A questão do volume é um balanço de massa em sólidos secos, e é mais confiável do que qualquer número de vazão. Comece com a massa diária de sólidos secos do processo a montante, divida pela concentração que o tanque irá conter, e você terá o volume diário; multiplique pelo número de dias que o tanque deve cobrir, que é definido pelo cronograma de descarga ou desidratação e pela necessidade de amortecer um fim de semana ou uma parada de manutenção. Em seguida, adicione a borda livre para o sedimento que se deposita e a espuma que sobe, porque ambos consomem volume útil em poucas semanas.
Um caso prático: 8 toneladas de sólidos secos por dia chegando a 5 por cento de concentração equivalem a 160 m³ por dia de lodo. Reter por cinco dias significa 800 m³ de armazenamento útil, e com uma margem para sedimentos e espuma de aproximadamente 15 por cento, o casco é especificado em cerca de 920 m³. Esse número é modesto para um tanque parafusado e inconveniente para uma bacia construída em campo, que é a razão usual pela qual um proprietário acaba comprando um tanque em vez de cavar um. Plantas maiores também escalam dessa forma, e tanques parafusados únicos são fornecidos até 60.000 m³ onde o requisito de buffer cresce.
Agitação: o item que decide se o tanque mantém o seu volume
Um tanque de lodo sem agitação é um tanque de sedimentação, e um tanque de sedimentação perde volume à medida que o manto de lodo se espessa. O lodo assenta rapidamente; dentro de um turno, o fundo de um tanque sem agitação contém um leito compactado, e um mês depois esse leito pode ser um terço do tanque. A agitação mecânica ou a mistura por gás mantém os sólidos em suspensão ou mantém-nos suficientemente móveis para serem bombeados, e ambas têm uma consequência em termos de custos: os misturadores mecânicos necessitam de energia e de proteção dos rolamentos contra a areia, a mistura por gás utiliza o gás do digestor ou um soprador e necessita de um coletor de distribuição que não entupa.
Dois detalhes importam mais do que o tipo de misturador. O primeiro é o arranjo: agitadores posicionados de modo que não criem um canto morto onde a areia pesada se acumule, e uma saída que puxe de um local que não possa levar um leito compactado para a bomba. O segundo é o espaço de gás: o lodo agitado libera sulfeto de hidrogênio e metano para o espaço livre, portanto o respiro deve ser dimensionado para a geração de gás e o aço do espaço livre deve ser tratado para uma atmosfera corrosiva. Agitação sem uma estratégia de gás simplesmente move o problema de corrosão da linha de líquido para o teto.
Revestimento e o caso do esmalte
O manto de lodo é o ambiente mais agressivo que o interior de um tanque enfrentará, sendo ácido e contendo sulfetos. Assim que o lodo para de se mover, as bactérias anaeróbias produzem ácidos graxos voláteis e sulfeto de hidrogênio, o pH cai localmente e o sulfeto ataca o aço. O vidro fundido ao aço elimina o revestimento desse problema: o esmalte é fundido ao aço a 820–930 °C formando uma camada de 0,25–0,45 mm classificada acima de 3.450 N/cm², quimicamente inerte em pH 1–14, testada por centelha a 1500 V CC após a montagem e especificada para pelo menos 30 anos. Sua superfície fica abaixo de Ra 0,8 µm, o que vale destacar para um lodo pegajoso, pois reduz a aderência na parede e no fundo.
Os modos de falha que permanecem são a delaminação e os poros, e a resposta prática é um registro de teste de faísca em fábrica, em vez de um reparo em campo. Uma alternativa de epóxi fundido a quente com espessura de filme de 180–280 µm e mais de 4000 horas de resistência à névoa salina sob a AWWA C550 é a via de revestimento onde um forro é preferido; a galvanização por imersão a quente não é candidata aqui, uma vez que o zinco é rapidamente atacado por lodo ácido e contendo sulfetos. Em um casco aparafusado, as juntas são vedadas com gaxetas e aparafusadas com parafusos de grau 8.8, são inspecionáveis, e um painel pode ser substituído e o casco retestado sem esvaziar o tanque, se o regime de operação permitir.
Especificação Técnica
Parâmetro | Valor Típico / Intervalo | Nota |
Base de projeto | sólidos secos diários divididos pela concentração armazenada vezes os dias de retenção | balanço de massa, não caudal |
Caso exemplo | 8 t/d de sólidos secos a 5% de ST, 5 dias de retenção | cerca de 920 m³ de casco com borda livre |
Borda livre | cerca de 15% para sedimentos e espuma | ambos consomem volume útil |
Agitação | mistura mecânica ou por gás | evita a perda de volume do manto de lodo |
Saída | extrai de uma localização que evita o leito compactado | protege a bomba |
Temperatura de fusão do esmalte | 820–930 °C | um ciclo de fusão térmica |
Espessura da camada de esmalte | 0,25–0,45 mm | Teste de faísca de 1500 V CC após montagem |
Resistência do esmalte ao pH | 1–14 | inerte em toda a manta anaeróbia |
Rugosidade da superfície interna | Ra < 0,8 µm | reduz a adesão de lodo pegajoso |
Gás no espaço superior | H₂S e metano provenientes de lodo sedimentado | respiro dimensionado para a geração de gás |
Classe de pressão | atmosférica a baixa pressão | cobertura e respiro definem o limite |
Vida útil de projeto | pelo menos 30 anos | sob o serviço de lodo especificado |
Controle de nível, respiro e o transbordamento que ninguém planejou
Um tanque de lodo falha no registro público quando transborda, e a causa quase nunca é o revestimento. É o instrumento de nível: um tanque de lodo que é enchido às cegas não tem alarme até que o nível esteja visualmente no topo, e um fim de semana reduz a capacidade de descarga enquanto o processo a montante continua produzindo. Especifique um instrumento de nível com indicação remota para a sala de controle, um alarme de nível alto e um protocolo de descarga definido que nomeie o que acontece em uma parada. Isso é um item de sistema de controle, não um item de tanque, e é o seguro mais barato do projeto.
O respiradouro é o segundo. Um espaço de cabeça selado sobre lodo ativo gera gás, portanto o tanque precisa de um respiradouro ou alívio de pressão e vácuo dimensionado com base na geração e na variação de temperatura, com qualquer manuseio a jusante considerado onde o gás é extraído. Onde o espaço de cabeça é fechado para odores, uma cobertura de membrana estanque a gás com uma membrana interna de pressão nominal em torno de 2–3 kPa e um dispositivo de alívio é a resposta usual, e os casos de carga para uma opção de cobertura rígida vêm da ADM 2015 ou ASCE 7-10.
Caso de Projeto
Projeto | Localização | Produto | Capacidade | Âmbito |
Tanques de águas residuais de cervejaria | China, Sichuan | Tanques GFS | 14.655 m³ | fornecimento de tanque e teto parafusados |
Seção anaeróbia para águas residuais do processamento de feijão | China, Hebei | Tanques digestores GFS | seção do processo anaeróbio | fornecimento de tanques mais integração do processo |
Tanques para águas residuais industriais, 27 unidades | China, Xinjiang | Tanques GFS | 30.469 m³ no total | fornecimento e supervisão |
Tanques para águas residuais municipais, 10 unidades | China, Sichuan | Tanques GFS | 17.420 m³ no total | fornecimento e montagem no local |
Capacidade de Engenharia da Center Enamel
A Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) projeta e fabrica tanques de armazenamento parafusados desde 2008. Como o primeiro fabricante de tanques de vidro fundido ao aço (GFS) da China, a empresa possui cerca de 200 patentes relacionadas a esmalte, produz aproximadamente 300.000 placas de aço revestidas com esmalte por ano, concluiu mais de 30.000 projetos instalados e fornece seus tanques para mais de 100 países. A nova base de produção de 150.000 m² foi adicionada para aumentar a capacidade de produção, e tanques individuais são fornecidos com capacidade de até 60.000 m³. A fabricação opera sob as normas ISO 9001 e ISO 45001, com certificação de produtos incluindo NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI e EUROCODE, e o design é referenciado nas normas AWWA D103-09, AWWA C550 e NFPA onde a aplicação exigir.
Para serviço com lodo, o escopo relevante é o interior esmaltado com seu registro de teste de centelha, o arranjo de agitação e saída que mantém o volume utilizável, e a fronteira do teto, respiro e alívio entregue com o casco, para que o espaço de gás seja tratado desde o início.
Perguntas Frequentes
P1: Como dimensionar um tanque de armazenamento de lodo?
R1: Divida a massa diária de sólidos secos pela concentração armazenada para obter o volume diário, multiplique pelos dias de retenção e então adicione folga para sedimentos e espuma. Um balanço de massa é muito mais confiável do que um valor de vazão para um fluido não newtoniano.
P2: Por que a agitação é necessária?
A2: Porque o lodo assenta e compacta, e o leito compactado consome volume útil e acaba por bloquear a saída. A agitação mantém os sólidos móveis para que o tanque ainda contenha o que foi especificado para conter um ano depois.
P3: Um tanque GFS pode conter lodo bruto?
R3: Sim. O esmalte é inerte em pH 1–14, o que abrange o manto ácido contendo sulfuretos. Confirme a saída e o arranjo da bomba em função da concentração armazenada, em vez de assumir um regime de bombagem.
P4: O tanque precisa de um respiro?
R4: Sim. A geração de gás do lodo armazenado passa para o espaço superior, pelo que é necessário um respiro ou alívio de pressão e vácuo dimensionado para essa geração, considerando o tratamento do gás a jusante.
P5: O tanque é um vaso de pressão?
A5: Não. É atmosférico ou de baixa pressão, com o limite definido pelo teto, respiro e alívio. Os vasos de pressão, onde o processo os exige, são projetados conforme a especificação e os códigos acordados no contrato.
P6: O que causa o transbordamento de um tanque de lodo?
R6: Gestão de nível, não falha do revestimento. Um tanque de lodo enchido às cegas, sem alarme remoto e sem protocolo de descarga definido, transbordará, e a conexão de descarga que todos presumiam existir é a causa raiz habitual.
P7: Qual é o programa de inspeção?
A7: Revestimento exterior e cabeças dos parafusos, a junta nas articulações abertas, o respiradouro e alívio, o instrumento de nível, a saída e a profundidade do sedimento em cada esvaziamento, além de um reteste de faísca após qualquer substituição de painel.
Um tanque de armazenamento de lodo funciona quando mantém o seu volume: dimensionado a partir de sólidos secos, agitado para que o manto não consuma a capacidade, revestido com um material que ignora o sulfureto e o ácido, e equipado com um alarme de nível e um respiradouro que foram especificados deliberadamente. Acerte o balanço de massa e a agitação e o tanque é invisível; falhe-os e torna-se o item de manutenção anual da fábrica.
Envie-nos a produção de sólidos secos, a concentração que pode armazenar, os dias de retenção e as condições do local, e retornaremos o cálculo de volume, o dimensionamento do tanque, a proposta de agitação e ventilação, e o pacote de arquivos técnicos.
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Compartilhe a caracterização do lodo, a carga diária de sólidos e o cronograma que precisa cobrir, e dimensionaremos o tanque com você. Você receberá o balanço de massa, a geometria do casco, a recomendação de revestimento e agitação, e os desenhos para revisão. Resposta de engenharia primeiro, sem compromisso.
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