1. Princípy a vlastnosti usadzovačov rúr
Podľa teórie plytkej nádrže, za podmienky pevného efektívneho objemu sedimentačnej nádrže, čím väčšia je plocha nádrže, tým vyššia je účinnosť sedimentácie, nezávisle od času sedimentácie. Čím je nádrž plytšia, tým kratší je čas sedimentácie. V rúrkovom usadzovači je sedimentačná zóna rozdelená na tenké vrstvy sériou paralelných naklonených dosiek alebo rúrok, ktoré stelesňujú princíp plytkej nádrže. Charakteristiky usadzovačov rúr so šikmými doskami alebo rúrkami sú tieto:
1.Využitie princípu laminárneho prúdenia: Voda preteká medzi doskami alebo v rúrach, kde je hydraulický polomer malý, čo vedie k nízkemu Reynoldsovmu číslu. Vo všeobecnosti je Reynoldsovo číslo (Re) okolo 200, čo naznačuje laminárne prúdenie, ktoré je veľmi priaznivé pre sedimentáciu. Froudeho číslo prietoku v trubiciach je približne 1×10⁻³ až 1×10⁻⁴, čo naznačuje stabilný stav prietoku.
2.Zväčšená plocha povrchu: Sedimentačná oblasť je zväčšená, čím sa zlepšuje účinnosť sedimentačnej nádrže. Avšak kvôli špecifickému usporiadaniu naklonených dosiek, podmienkam vstupu/výstupu vody a vzorom vnútorného prúdenia nemôže skutočná kapacita spracovania dosiahnuť teoretický násobok. Pomer skutočnej účinnosti sedimentácie k teoretickej účinnosti sedimentácie je známy ako efektívny koeficient.
3.Skrátená vzdialenosť usadzovania častíc: Vzdialenosť usadzovania častíc je znížená, čím sa výrazne skracuje čas sedimentácie.
4.Reflokulácia častíc: Flokulentné častice sa reflokulujú v naklonených doskách alebo rúrach, podporujú rast častíc a ďalej zlepšujú účinnosť sedimentácie.
2. Štruktúra usadzovačov rúrok
Štruktúra naklonených rúrkových alebo doskových usadzovačov je podobná konštrukcii konvenčných sedimentačných nádrží, ktoré obsahujú vstup, sedimentačnú zónu, výstup a zónu zachytávania kalu. V sedimentačnej zóne je však inštalovaných veľa naklonených rúrok alebo dosiek. Obrázok 1 znázorňuje typickú štruktúru usadzovača rúrok.
V šikmých doskových a rúrkových usadzovačoch možno smer prúdenia vody vzhľadom na šikmé dosky rozdeliť do troch typov:vzostupný tok, tok smerom nadol, ahorizontálne prúdenieako je znázornené na obrázkoch 2 a 3.
1.Tok nahor (protiprúdový tok): Voda tečie nahor cez naklonené dosky alebo rúrky, zatiaľ čo sediment sa usadzuje smerom nadol. Smery ich toku sú opačné, konfigurácia označovaná ako tok nahor alebo protiprúd.
2.Dolný tok (súbežný tok): Voda tečie nadol cez naklonené dosky alebo rúrky v rovnakom smere ako sediment, čo sa označuje ako klesajúci tok alebo súbežný tok.
3.Horizontálny tok (krížový tok): Voda preteká horizontálne cez platne, známe ako horizontálny tok alebo priečny tok, použiteľné len pre naklonené platne.
V súčasnosti väčšina čistiarní vody, ako sú tie v elektrárňach, využíva vzostupný tok a typicky používa šikmé rúrky ako komponenty pre usadzovače rúr.
3. Vstupná zóna
Voda vstupuje do sedimentačnej nádrže horizontálne. Vstupná zóna má často perforované steny, štrbinové steny alebo nadol smerujúce rúrkové vstupy, aby sa zabezpečila rovnomerná distribúcia vody po celej šírke nádrže. Konštrukcia a požiadavky sú podobné ako pri horizontálnych sedimentačných nádržiach. Na dosiahnutie rovnomerného odtoku zo šikmých rúrok v systémoch s prúdením smerom nahor je potrebná dostatočná výška zóny distribúcie vody pod rúrkami, aby sa zabezpečilo, že vstupná rýchlosť bude medzi 0.02 až 0,05 m/ s.
4. Uhol sklonu dosiek a rúrok
Uhol medzi naklonenými doskami a vodorovnou rovinou sa nazývauhol sklonu ( ). Menšia má za následok nižšiu kritickú rýchlosť usadzovania (u₀), čím sa zlepšuje sedimentačný efekt. Aby sa však zabezpečilo automatické posúvanie kalu a nerušené vypúšťanie kalu, nemal by byť príliš malý. Pre systémy so vzostupným prietokom nie je zvyčajne menší ako 55 stupňov až 60 stupňov. V systémoch so zostupným tokom, kde je vypúšťanie kalu jednoduchšie, nie je všeobecne uhol menší ako 30 stupňov až 40 stupňov.
5. Tvar a materiál dosiek a rúrok
Aby sa čo najefektívnejšie využil dostupný objem nádrže, šikmé dosky a rúrky sú navrhnuté v kompaktných geometrických tvaroch, ako sú štvorcové, obdĺžnikové, šesťuholníkové a vlnité tvary. Pre jednoduchú inštaláciu sú viaceré alebo dokonca stovky naklonených rúrok zoskupené do jednej jednotky, ktorá je inštalovaná v sedimentačnej zóne. Materiály používané na šikmé dosky a rúrky by mali byť ľahké, odolné, netoxické a lacné. Bežné materiály zahŕňajú voštinový papier a tenké plastové fólie. Voštinové trubice môžu byť vyrobené z impregnovaného papiera a vytvrdzované fenolovou živicou, pričom zvyčajne tvoria šesťuholníky s priemerom vnútorného kruhu 25 mm. Plastové fólie, ako napríklad 0 0,4 mm hrubé tvrdé PVC, sú často tepelne tvarované.
6. Dĺžka a rozstup dosiek a rúrok
Čím dlhšie sú šikmé dosky alebo rúrky, tým vyššia je účinnosť sedimentácie. Príliš dlhé dosky alebo rúrky sú však náročné na výrobu a inštaláciu a ďalšia dĺžka zvyšuje výnos, ktorý znižuje výnosy v účinnosti. Ak sú dosky alebo rúrky príliš krátke, zvyšuje sa podiel vstupnej prechodovej zóny (zóna prechodu turbulentného do laminárneho prúdenia), čím sa znižuje efektívna sedimentačná zóna. Prechodová zóna v naklonených rúrach je asi {{0}} mm. Skúsenosti naznačujú, že vzostupné prietokové dosky by mali byť 0.8-1.0 m dlhé, s minimálnou dĺžkou 0,5 m, zatiaľ čo dolné prietokové dosky majú dĺžku približne 2,5 m. Pri konštantnej prietokovej rýchlosti prierezu, menším rozostupom medzi doskami alebo priemermi rúrok sa zvyšuje rýchlosť prúdenia a povrchové zaťaženie, čím sa znižuje veľkosť nádrže. Avšak príliš malé rozstupy alebo priemery rúrok môžu viesť k výrobným ťažkostiam a zablokovaniu. Pri úprave vody majú usadzovače smerujúce nahor zvyčajne rozstup alebo priemer rúrky 50-150 mm, zatiaľ čo platne s prietokom nadol majú rozstup okolo 35 mm.
7. Výstupná zóna
Na zabezpečenie rovnomerného odtoku zo šikmých dosiek alebo rúrok je rozhodujúce usporiadanie zariadení na zachytávanie vody. Tieto zariadenia pozostávajú z vetiev na zber vody a hlavných kanálov. Zberné vetvy môžu zahŕňať dierované žľaby, trojuholníkové hrádze, tenké hrádze a dierované rúry. Výška od výstupu zo šikmej rúrky po zberný otvor (tj výška zóny čistej vody) súvisí s rozostupom medzi zbernými vetvami a mala by spĺňať nasledujúci vzorec:
h Väčšie alebo rovné √3/2L
kde:
hje výška zóny čistej vody (m),
Lje vzdialenosť medzi zbernými vetvami (m).
L je zvyčajne medzi 1,2 a 1,8 m, takže h je medzi 1.0 a 1,5 m.
8. Rýchlosť usadzovania (u₀) častíc
Rýchlosť prúdenia vody medzi naklonenými doskami je podobná horizontálnej rýchlosti v horizontálnych sedimentačných nádržiach, zvyčajne sa pohybuje od 10 do 20 mm/s. Pri použití koagulačného spracovania je rýchlosť usadzovania (u₀) okolo 0,3 až 0,6 mm/s.