1. Principi i karakteristike cijevnih taložnika
Prema teoriji plitkog spremnika, pod uvjetom fiksnog efektivnog volumena spremnika za taloženje, što je veća površina spremnika, to je veća učinkovitost sedimentacije, neovisno o vremenu taloženja. Što je spremnik plići, vrijeme taloženja je kraće. U cijevnom taložniku, zona taloženja podijeljena je u tanke slojeve nizom paralelnih nagnutih ploča ili cijevi, utjelovljujući princip plitkog spremnika. Karakteristike cijevnih taložnika s kosim pločama ili cijevima su sljedeće:
1.Korištenje principa laminarnog protoka: Voda teče između ploča ili unutar cijevi, gdje je hidraulički radijus mali, što rezultira niskim Reynoldsovim brojem. Općenito, Reynoldsov broj (Re) je oko 200, što ukazuje na laminarno strujanje, koje je vrlo povoljno za sedimentaciju. Froudeov broj protoka unutar cijevi je približno 1×10⁻³ do 1×10⁻4, što ukazuje na stabilno stanje protoka.
2.Povećana površina: Površina taloženja je povećana, poboljšavajući učinkovitost taložnika. Međutim, zbog specifičnog rasporeda nagnutih ploča, uvjeta ulaza/izlaza vode i uzoraka unutarnjeg protoka, stvarni kapacitet obrade ne može doseći teoretski višestruki. Omjer stvarne učinkovitosti sedimentacije i teorijske učinkovitosti taloženja poznat je kao efektivni koeficijent.
3.Skraćena udaljenost taloženja čestica: Udaljenost taloženja čestica je smanjena, značajno skraćujući vrijeme taloženja.
4.Re-flokulacija čestica: Flokulentne čestice ponovno flokuliraju unutar nagnutih ploča ili cijevi, potičući rast čestica i dodatno poboljšavajući učinkovitost taloženja.
2. Struktura cijevnih taložnika
Struktura nagnutih cijevnih ili pločastih taložnika slična je strukturi konvencionalnih taložnika, a sastoji se od ulaza, zone taloženja, izlaza i zone sakupljanja mulja. Međutim, u zoni taloženja ugrađene su mnoge nagnute cijevi ili ploče. Slika 1 prikazuje tipičnu strukturu cijevnog taložnika.
U nagnutim taložnicima s pločama i cijevima, smjer protoka vode u odnosu na nagnute ploče može se kategorizirati u tri vrste:uzlazni tok, silazni tok, ihorizontalni tok, kao što je prikazano na slikama 2 i 3.
1.Uzlazni tok (protustrujni tok): Voda teče prema gore kroz nagnute ploče ili cijevi dok se talog taloži prema dolje. Njihovi smjerovi protoka su suprotni, konfiguracija koja se naziva uzlazni tok ili protustrujni tok.
2.Silazni tok (istodobni tok): Voda teče prema dolje kroz nagnute ploče ili cijevi u istom smjeru kao i sediment, što se naziva silazni tok ili istodobni tok.
3.Horizontalni protok (poprečni protok): Voda teče vodoravno kroz ploče, poznato kao horizontalno strujanje ili križno strujanje, primjenjivo samo na nagnute ploče.
Trenutačno većina postrojenja za obradu vode, poput onih u elektranama, koriste uzlazni tok i obično koriste nagnute cijevi kao komponente za cijevne taložnike.
3. Ulazna zona
Voda u taložnik ulazi vodoravno. Ulazna zona često ima perforirane stijenke, stijenke s prorezima ili ulazne cijevi s nagibom prema dolje kako bi se osigurala ravnomjerna distribucija vode po širini spremnika. Dizajn i zahtjevi slični su onima za horizontalne taložnike. Da bi se postigao ravnomjeran odljev iz nagnutih cijevi u sustavima s protokom prema gore, potrebna je dovoljna visina zone distribucije vode ispod cijevi, čime se osigurava da se ulazna brzina održava između 0.02 i 0,05 m/ s.
4. Kut nagiba ploča i cijevi
Kut između nagnutih ploča i vodoravne ravnine naziva sekut nagiba ( ). Manja rezultira nižom kritičnom brzinom taloženja (u₀), poboljšavajući učinak sedimentacije. Međutim, kako bi se osiguralo automatsko klizanje mulja i neometano ispuštanje mulja, ne smije biti premalen. Za sustave protoka prema gore, obično nije manji od 55 stupnjeva do 60 stupnjeva. U sustavima silaznog protoka, gdje je ispuštanje mulja lakše, općenito nije ispod 30 do 40 stupnjeva.
5. Oblik i materijal ploča i cijevi
Kako bi se raspoloživi volumen spremnika iskoristio na najučinkovitiji način, nagnute ploče i cijevi dizajnirane su u kompaktnim geometrijskim oblicima, kao što su kvadratni, pravokutni, šesterokutni i valoviti oblici. Radi lakšeg postavljanja, više ili čak stotine kosih cijevi grupira se u jednu jedinicu koja se postavlja u zoni taloženja. Materijali koji se koriste za nagnute ploče i cijevi trebaju biti lagani, izdržljivi, netoksični i jeftini. Uobičajeni materijali uključuju saćasti papir i tanke plastične ploče. Saćaste cijevi mogu se izraditi od impregniranog papira i očvrsnuti fenolnom smolom, obično tvoreći šesterokute s promjerom unutarnjeg kruga od 25 mm. Plastične ploče, kao što je kruti PVC debljine 0.4 mm, često se termički oblikuju.
6. Duljina i razmak ploča i cijevi
Što su nagnute ploče ili cijevi duže, to je veća učinkovitost taloženja. Međutim, preduge ploče ili cijevi izazovni su za proizvodnju i ugradnju, a daljnja duljina povećava prinos smanjujući povrat učinkovitosti. Ako su ploče ili cijevi prekratke, udio ulazne prijelazne zone (prijelazna zona turbulentnog u laminarno strujanje) se povećava, smanjujući efektivnu zonu taloženja. Prijelazna zona u kosim cijevima iznosi oko {{0}} mm. Iskustvo pokazuje da bi ploče za uzlazni tok trebale biti duge 0.8-1.0 m, s minimalnom dužinom od 0,5 m, dok su ploče za silazni tok duge oko 2,5 m. Uz konstantnu brzinu protoka poprečnog presjeka, manji razmak između ploča ili promjera cijevi povećava brzinu protoka i površinsko opterećenje, čime se smanjuje veličina spremnika. Međutim, pretjerano mali razmak ili promjer cijevi mogu dovesti do poteškoća u proizvodnji i začepljenja. U pročišćavanju vode, taložnici za uzlazni tok obično imaju razmak ili promjer cijevi od 50-150 mm, dok ploče za silazni tok imaju razmak od oko 35 mm.
7. Outlet zona
Kako bi se osigurao ravnomjeran odljev iz nagnutih ploča ili cijevi, raspored uređaja za skupljanje vode je ključan. Ovi uređaji se sastoje od ogranaka za prikupljanje vode i glavnih kanala. Sabirne grane mogu uključivati perforirana korita, trokutaste ustave, tanke brane i perforirane cijevi. Visina od izlaza nagnute cijevi do sabirnog otvora (tj. visina zone čiste vode) povezana je s razmakom između sabirnih grana i treba zadovoljiti sljedeću formulu:
h Veći ili jednak √3/2L
Gdje:
hje visina zone čiste vode (m),
Lje razmak između sabirnih grana (m).
Obično je L između 1,2 i 1,8 m, tako da je h između 10 i 1,5 m.
8. Brzina taloženja (u₀) čestica
Brzina protoka vode između nagnutih ploča slična je horizontalnoj brzini u horizontalnim taložnicima, obično u rasponu od 10 do 20 mm/s. Kada se koristi koagulacijski tretman, brzina taloženja (u₀) je oko 0,3 do 0,6 mm/s.