1. Princípios e características dos decantadores tubulares
De acordo com a teoria do tanque raso, sob a condição de um volume efetivo fixo do tanque de sedimentação, quanto maior a área superficial do tanque, maior será a eficiência de sedimentação, independente do tempo de sedimentação. Quanto mais raso for o tanque, menor será o tempo de sedimentação. Em um decantador tubular, a zona de sedimentação é dividida em camadas finas por uma série de placas ou tubos inclinados paralelos, incorporando o princípio do tanque raso. As características dos decantadores tubulares com placas ou tubos inclinados são as seguintes:
1.Utilização do Princípio do Fluxo Laminar: A água flui entre as placas ou dentro dos tubos, onde o raio hidráulico é pequeno, resultando em um baixo número de Reynolds. Geralmente, o número de Reynolds (Re) fica em torno de 200, indicando fluxo laminar, altamente favorável à sedimentação. O número de Froude do fluxo dentro dos tubos é de aproximadamente 1×10⁻³ a 1×10⁻⁴, indicando um estado de fluxo estável.
2.Aumento da área de superfície: A área de sedimentação é aumentada, melhorando a eficiência do tanque de sedimentação. No entanto, devido à disposição específica das placas inclinadas, às condições de entrada/saída de água e aos padrões de fluxo interno, a capacidade real de tratamento não pode atingir o múltiplo teórico. A relação entre a eficiência real de sedimentação e a eficiência teórica de sedimentação é conhecida como coeficiente efetivo.
3.Distância reduzida de sedimentação de partículas: A distância de sedimentação das partículas é reduzida, encurtando significativamente o tempo de sedimentação.
4.Refloculação de Partículas: As partículas floculentas re-floculam dentro das placas ou tubos inclinados, promovendo o crescimento das partículas e melhorando ainda mais a eficiência da sedimentação.
2. Estrutura dos Colonizadores de Tubos
A estrutura dos decantadores de tubos ou placas inclinados é semelhante à dos tanques de sedimentação convencionais, compreendendo entrada, zona de sedimentação, saída e zona de coleta de lodo. Porém, na zona de sedimentação, muitos tubos ou placas inclinados são instalados. A Figura 1 mostra a estrutura típica de um decantador tubular.
Em decantadores de placas inclinadas e tubos, a direção do fluxo da água em relação às placas inclinadas pode ser categorizada em três tipos:fluxo ascendente, fluxo descendente, efluxo horizontal, conforme mostrado nas Figuras 2 e 3.
1.Fluxo Ascendente (Fluxo Contracorrente): A água flui para cima através das placas ou tubos inclinados enquanto o sedimento se deposita para baixo. Suas direções de fluxo são opostas, uma configuração conhecida como fluxo ascendente ou fluxo em contracorrente.
2.Fluxo descendente (fluxo simultâneo): A água flui para baixo através das placas ou tubos inclinados na mesma direção que o sedimento, denominado fluxo descendente ou fluxo simultâneo.
3.Fluxo horizontal (fluxo cruzado): A água flui horizontalmente pelas placas, conhecido como fluxo horizontal ou fluxo cruzado, aplicável apenas em placas inclinadas.
Atualmente, a maioria das estações de tratamento de água, como aquelas em usinas de energia, utilizam fluxo ascendente e normalmente empregam tubos inclinados como componentes para decantadores de tubos.
3. Zona de entrada
A água entra no tanque de sedimentação horizontalmente. A zona de entrada geralmente apresenta paredes perfuradas, paredes com fendas ou entradas de tubos inclinados com fluxo descendente para garantir distribuição uniforme de água em toda a largura do tanque. O projeto e os requisitos são semelhantes aos dos tanques de sedimentação horizontais. Para obter uma saída uniforme dos tubos inclinados em sistemas de fluxo ascendente, é necessária uma altura suficiente da zona de distribuição de água abaixo dos tubos, garantindo que a velocidade de entrada seja mantida entre 0.02 e 0,05 m/ S.
4. Ângulo de Inclinação de Placas e Tubos
O ângulo entre as placas inclinadas e o plano horizontal é chamado deângulo de inclinação ( ). Um valor menor resulta em uma velocidade crítica de sedimentação (u₀) mais baixa, melhorando o efeito de sedimentação. No entanto, para garantir o deslizamento automático do lodo e a descarga desobstruída do lodo, não deve ser muito pequeno. Para sistemas de fluxo ascendente, normalmente não é inferior a 55 graus a 60 graus. Em sistemas de fluxo descendente, onde a descarga de lodo é mais fácil, geralmente não é inferior a 30 a 40 graus.
5. Forma e material de placas e tubos
Para fazer o uso mais eficiente do volume disponível do tanque, placas e tubos inclinados são projetados em formas geométricas compactas, como quadradas, retangulares, hexagonais e onduladas. Para facilitar a instalação, múltiplos ou mesmo centenas de tubos inclinados são agrupados em uma única unidade, que é instalada na zona de sedimentação. Os materiais utilizados para placas e tubos inclinados devem ser leves, duráveis, não tóxicos e baratos. Os materiais comuns incluem papel alveolar e folhas finas de plástico. Os tubos alveolares podem ser feitos de papel impregnado e curados com resina fenólica, formando normalmente hexágonos com diâmetro de círculo interno de 25 mm. Folhas de plástico, como PVC rígido com 0,4 mm de espessura, são frequentemente moldadas termicamente.
6. Comprimento e espaçamento de placas e tubos
Quanto mais longas forem as placas ou tubos inclinados, maior será a eficiência de sedimentação. No entanto, placas ou tubos excessivamente longos são difíceis de fabricar e instalar, e o comprimento adicional aumenta o rendimento, diminuindo os retornos em eficiência. Se as placas ou tubos forem muito curtos, a proporção da zona de transição de entrada (a zona de transição de fluxo turbulento para laminar) aumenta, reduzindo a zona de sedimentação efetiva. A zona de transição nos tubos inclinados é de cerca de {{0}} mm. A experiência sugere que as placas de fluxo ascendente devem ter 0,8-1,0 m de comprimento, com um mínimo de 0,5 m, enquanto as placas de fluxo descendente têm cerca de 2,5 m de comprimento. Com velocidade de fluxo transversal constante, espaçamentos menores entre as placas ou diâmetros de tubos aumentam a velocidade de fluxo e a carga superficial, reduzindo assim o tamanho do tanque. No entanto, espaçamentos ou diâmetros de tubos excessivamente pequenos podem levar a dificuldades de fabricação e bloqueios. No tratamento de água, os decantadores de fluxo ascendente geralmente têm um espaçamento ou diâmetro de tubo de 50-150 mm, enquanto as placas de fluxo descendente têm um espaçamento de cerca de 35 mm.
7. Zona de saída
Para garantir um escoamento uniforme das placas ou tubos inclinados, a disposição dos dispositivos de captação de água é crucial. Esses dispositivos consistem em ramais e canais principais de coleta de água. Os ramos de coleta podem incluir calhas perfuradas, açudes triangulares, açudes finos e tubos perfurados. A altura da saída do tubo inclinado até o furo de coleta (ou seja, a altura da zona de água limpa) está relacionada ao espaçamento entre os ramos de coleta e deve obedecer à seguinte fórmula:
h Maior ou igual a √3/2L
Onde:
hé a altura da zona de águas claras (m),
Lé o espaçamento entre ramos de coleta (m).
Normalmente, L está entre 1,2 e 1,8 m, então h está entre 1,0 e 1,5 m.
8. Velocidade de liquidação (u₀) de partículas
A velocidade do fluxo de água entre placas inclinadas é semelhante à velocidade horizontal em tanques de sedimentação horizontais, geralmente variando de 10 a 20 mm/s. Quando o tratamento de coagulação é utilizado, a velocidade de sedimentação (u₀) é de cerca de 0,3 a 0,6 mm/s.