1. Principis i característiques dels decantadors de tubs
Segons la teoria del tanc poc profund, sota la condició d'un volum efectiu fix del dipòsit de sedimentació, com més gran sigui la superfície del dipòsit, més gran serà l'eficiència de sedimentació, independentment del temps de sedimentació. Com més baix sigui el dipòsit, més curt serà el temps de sedimentació. En un decantador de tubs, la zona de sedimentació es divideix en capes fines per una sèrie de plaques o tubs inclinats paral·lels, que incorporen el principi del tanc poc profund. Les característiques dels decantadors de tubs amb plaques o tubs inclinats són les següents:
1.Ús del principi de flux laminar: L'aigua flueix entre les plaques o dins dels tubs, on el radi hidràulic és petit, donant lloc a un nombre de Reynolds baix. En general, el nombre de Reynolds (Re) és d'uns 200, cosa que indica un flux laminar, que és molt favorable per a la sedimentació. El nombre de Froude del flux dins dels tubs és d'aproximadament 1×10⁻³ a 1×10⁻⁴, cosa que indica un estat de flux estable.
2.Augment de la superfície: S'incrementa l'àrea de sedimentació, millorant l'eficiència del dipòsit de sedimentació. Tanmateix, a causa de la disposició específica de les plaques inclinades, les condicions d'entrada/sortida d'aigua i els patrons de flux intern, la capacitat de tractament real no pot arribar al múltiple teòric. La relació entre l'eficiència de sedimentació real i l'eficiència de sedimentació teòrica es coneix com a coeficient efectiu.
3.Distància de sedimentació de partícules escurçada: Es redueix la distància de sedimentació de les partícules, escurçant notablement el temps de sedimentació.
4.Refloculació de partícules: Les partícules floculentes es refloculen dins de les plaques o tubs inclinats, afavorint el creixement de partícules i millorant encara més l'eficiència de sedimentació.
2. Estructura dels Tube Settlers
L'estructura dels decantadors de plaques o tubs inclinats és similar a la dels tancs de sedimentació convencionals, que inclou una entrada, una zona de sedimentació, una sortida i una zona de recollida de fangs. No obstant això, a la zona de sedimentació s'instal·len molts tubs o plaques inclinades. La figura 1 mostra l'estructura típica d'un decantador de tubs.
En els decantadors de plaques i tubs inclinats, la direcció del flux de l'aigua en relació amb les plaques inclinades es pot classificar en tres tipus:flux ascendent, flux descendent, iflux horitzontal, tal com es mostra a les figures 2 i 3.
1.Flux ascendent (flux a contracorrent): L'aigua flueix cap amunt a través de les plaques o tubs inclinats mentre el sediment s'assenta cap avall. Les seves direccions de flux són oposades, una configuració anomenada flux ascendent o flux contracorrent.
2.Flux descendent (flux concurrent): L'aigua flueix cap avall a través de les plaques o tubs inclinats en la mateixa direcció que el sediment, anomenat flux descendent o flux concurrent.
3.Flux horitzontal (flux creuat): L'aigua flueix horitzontalment per les plaques, conegut com a flux horitzontal o flux creuat, aplicable només a plaques inclinades.
Actualment, la majoria de les plantes de tractament d'aigua, com les de les centrals elèctriques, utilitzen un flux ascendent i solen emprar tubs inclinats com a components per als decantadors de tubs.
3. Zona d'entrada
L'aigua entra horitzontalment al dipòsit de sedimentació. La zona d'entrada sovint presenta parets perforades, parets ranurades o entrades de tub inclinades de flux cap avall per garantir una distribució uniforme de l'aigua a tota l'amplada del dipòsit. El disseny i els requisits són similars als dels dipòsits de sedimentació horitzontals. Per aconseguir un flux de sortida uniforme dels tubs inclinats en sistemes de flux ascendent, és necessària una alçada suficient de la zona de distribució d'aigua per sota dels tubs, assegurant que la velocitat d'entrada es mantingui entre 0.02 i 0,05 m/ s.
4. Angle d'inclinació de plaques i tubs
L'angle entre les plaques inclinades i el pla horitzontal s'anomenaangle d'inclinació ( ). Un menor resulta en una velocitat crítica de sedimentació més baixa (u₀), millorant l'efecte de sedimentació. Tanmateix, per garantir el lliscament automàtic dels fangs i la descàrrega sense obstacles, no hauria de ser massa petit. Per als sistemes de flux ascendent, normalment no és inferior a 55 graus a 60 graus. En els sistemes de flux descendent, on la descàrrega de fangs és més fàcil, generalment no és inferior a 30 graus a 40 graus.
5. Forma i material de plaques i tubs
Per fer un ús més eficient del volum del dipòsit disponible, les plaques i tubs inclinats es dissenyen en formes geomètriques compactes, com ara formes quadrades, rectangulars, hexagonals i ondulades. Per facilitar la instal·lació, diversos o fins i tot centenars de tubs inclinats s'agrupen en una sola unitat, que s'instal·la a la zona de sedimentació. Els materials utilitzats per a plaques i tubs inclinats han de ser lleugers, duradors, no tòxics i econòmics. Els materials habituals inclouen paper de bresca i làmines fines de plàstic. Els tubs de niu d'abella es poden fabricar amb paper impregnat i curat amb resina fenòlica, normalment formant hexàgons amb un diàmetre de cercle interior de 25 mm. Les làmines de plàstic, com ara PVC rígid de 0,4 mm de gruix, sovint es modelen tèrmicament.
6. Longitud i espai de plaques i tubs
Com més llargues siguin les plaques o tubs inclinats, més gran serà l'eficiència de sedimentació. No obstant això, les plaques o tubs massa llargs són difícils de fabricar i instal·lar, i els augments de longitud addicionals produeixen un rendiment decreixent en eficiència. Si les plaques o tubs són massa curts, la proporció de la zona de transició d'entrada (la zona de transició de flux turbulent a laminar) augmenta, reduint la zona de sedimentació efectiva. La zona de transició als tubs inclinats és d'uns {{0}} mm. L'experiència suggereix que les plaques de flux ascendent haurien de tenir 0.8-1.0 m de llarg, amb un mínim de 0,5 m, mentre que les plaques de flux descendent fan uns 2,5 m de llarg. Amb una velocitat de flux de secció transversal constant, un espai més petit entre les plaques o els diàmetres del tub augmenta la velocitat del flux i la càrrega superficial, reduint així la mida del dipòsit. No obstant això, espais excessivament petits o diàmetres de tubs poden provocar dificultats de fabricació i bloquejos. En el tractament d'aigua, els decantadors de flux ascendent solen tenir una distància o diàmetre de tub de 50-150 mm, mentre que les plaques de flux descendent tenen una distància d'uns 35 mm.
7. Zona Outlet
Per garantir una sortida uniforme de les plaques o tubs inclinats, la disposició dels dispositius de recollida d'aigua és crucial. Aquests dispositius consisteixen en branques de recollida d'aigua i canals principals. Les branques de recollida poden incloure abeuradors perforats, digues triangulars, digues prims i canonades perforades. L'alçada des de la sortida del tub inclinat fins al forat de recollida (és a dir, l'alçada de la zona d'aigua clara) està relacionada amb l'espai entre les branques de recollida i ha de complir la fórmula següent:
h Major o igual a √3/2L
On:
hés l'alçada de la zona d'aigua clara (m),
Lés la distància entre branques de recollida (m).
Normalment, L està entre 1,2 i 1,8 m, de manera que h està entre 1,0 i 1,5 m.
8. Velocitat de sedimentació (u₀) de partícules
La velocitat del flux d'aigua entre plaques inclinades és similar a la velocitat horitzontal dels tancs de sedimentació horitzontals, normalment oscil·lant entre 10 i 20 mm/s. Quan s'utilitza el tractament de coagulació, la velocitat de sedimentació (u₀) és d'entre 0,3 i 0,6 mm/s.