1. Načela in značilnosti cevnih usedalnikov
V skladu s teorijo plitvega rezervoarja, pod pogojem fiksne efektivne prostornine usedalnika, večja kot je površina rezervoarja, večja je učinkovitost sedimentacije, neodvisno od časa usedanja. Čim plitvejši je rezervoar, tem krajši je čas usedanja. V cevnem usedalniku je sedimentacijsko območje razdeljeno na tanke plasti z nizom vzporednih nagnjenih plošč ali cevi, ki utelešajo princip plitvega rezervoarja. Značilnosti cevnih usedalnikov z nagnjenimi ploščami ali cevmi so naslednje:
1.Uporaba principa laminarnega toka: Voda teče med ploščami ali znotraj cevi, kjer je hidravlični radij majhen, kar ima za posledico nizko Reynoldsovo število. Na splošno je Reynoldsovo število (Re) okoli 200, kar kaže na laminarni tok, ki je zelo ugoden za sedimentacijo. Froudovo število pretoka v ceveh je približno 1×10⁻³ do 1×10⁻4, kar kaže na stabilno stanje pretoka.
2.Povečana površina: Sedimentacijsko območje se poveča, kar izboljša učinkovitost usedalnika. Vendar pa zaradi posebne razporeditve nagnjenih plošč, pogojev vstopa/izstopa vode in vzorcev notranjega toka dejanska zmogljivost čiščenja ne more doseči teoretičnega večkratnika. Razmerje med dejansko učinkovitostjo sedimentacije in teoretično učinkovitostjo sedimentacije je znano kot efektivni koeficient.
3.Skrajšana razdalja usedanja delcev: Razdalja usedanja delcev se zmanjša, kar bistveno skrajša čas usedanja.
4.Ponovna flokulacija delcev: Kosmičasti delci ponovno flokulirajo znotraj nagnjenih plošč ali cevi, kar spodbuja rast delcev in dodatno izboljša učinkovitost sedimentacije.
2. Struktura cevnih usedalnikov
Struktura usedalnikov z nagnjenimi cevmi ali ploščami je podobna strukturi običajnih usedalnikov, ki obsegajo dovod, sedimentacijsko cono, izhod in cono za zbiranje blata. Vendar pa je v območju sedimentacije nameščenih veliko nagnjenih cevi ali plošč. Slika 1 prikazuje tipično strukturo cevnega usedalnika.
Pri nagnjenih ploščah in cevnih usedalnikih lahko smer toka vode glede na nagnjene plošče razvrstimo v tri vrste:tok navzgor, tok navzdol, inhorizontalni tok, kot je prikazano na slikah 2 in 3.
1.Tok navzgor (protitok): Voda teče navzgor skozi nagnjene plošče ali cevi, medtem ko se usedlina useda navzdol. Njihove smeri toka so nasprotne, konfiguracija se imenuje navzgor ali protitočni tok.
2.Tok navzdol (sočasni tok): Voda teče navzdol skozi nagnjene plošče ali cevi v isti smeri kot usedlina, kar imenujemo tok navzdol ali sočasni tok.
3.Vodoravni tok (navzkrižni tok): Voda teče vodoravno skozi plošče, kar je znano kot vodoravni tok ali prečni tok, ki velja samo za nagnjene plošče.
Trenutno večina čistilnih naprav, kot so tiste v elektrarnah, uporablja tok navzgor in običajno uporablja nagnjene cevi kot komponente za cevne usedalnike.
3. Vhodna cona
Voda vstopa v usedalnik vodoravno. Dovodno območje ima pogosto perforirane stene, stene z režami ali navzdol nagnjene cevne dovode, da se zagotovi enakomerna porazdelitev vode po širini rezervoarja. Zasnova in zahteve so podobne kot pri vodoravnih usedalnikih. Za doseganje enakomernega odtoka iz nagnjenih cevi v sistemih z navzgornjim tokom je potrebna zadostna višina območja distribucije vode pod cevmi, ki zagotavlja, da se vstopna hitrost ohranja med 0.02 in 0,05 m/ s.
4. Naklonski kot plošč in cevi
Kot med nagnjenimi ploščami in vodoravno ravnino se imenujenagibni kot ( ). Manjša ima za posledico nižjo kritično hitrost usedanja (u₀), kar izboljša učinek sedimentacije. Da bi zagotovili samodejno drsenje blata in neoviran odtok blata, ne sme biti premajhen. Za sisteme z navzgornjim tokom običajno ni manjši od 55 stopinj do 60 stopinj. V sistemih s tokom navzdol, kjer je izpust blata lažji, na splošno ni nižji od 30 stopinj do 40 stopinj.
5. Oblika in material plošč in cevi
Da bi čim bolj učinkovito izkoristili razpoložljivo prostornino rezervoarja, so nagnjene plošče in cevi zasnovane v kompaktnih geometrijskih oblikah, kot so kvadratne, pravokotne, šesterokotne in valovite oblike. Za lažjo montažo je več ali celo več sto nagnjenih cevi združenih v eno enoto, ki je nameščena v coni usedanja. Materiali, uporabljeni za nagnjene plošče in cevi, morajo biti lahki, trpežni, nestrupeni in poceni. Običajni materiali vključujejo papir v obliki satja in tanke plastične plošče. Satove cevi so lahko izdelane iz impregniranega papirja in utrjene s fenolno smolo, ki običajno tvorijo šestkotnike s premerom notranjega kroga 25 mm. Plastične plošče, kot je 0.4 mm debel trdi PVC, so pogosto termično oblikovane.
6. Dolžina in razmik plošč in cevi
Daljše kot so nagnjene plošče ali cevi, večja je učinkovitost sedimentacije. Vendar pa je predolge plošče ali cevi težko izdelati in namestiti, nadaljnja dolžina pa poveča izkoristek in zmanjša učinkovitost. Če so plošče ali cevi prekratke, se delež vstopnega prehodnega območja (prehodnega območja turbulentnega v laminarni tok) poveča, kar zmanjša učinkovito sedimentacijsko območje. Prehodno območje v nagnjenih ceveh je približno {{0}} mm. Izkušnje kažejo, da morajo biti plošče za tok navzgor 0.8-1.0 m dolge z najmanj 0,5 m, medtem ko so plošče za tok navzdol dolge približno 2,5 m. S konstantno hitrostjo prečnega pretoka manjši razmik med ploščami ali premeri cevi poveča hitrost pretoka in površinsko obremenitev ter tako zmanjša velikost rezervoarja. Vendar pa lahko pretirano majhne razdalje ali premeri cevi povzročijo težave pri izdelavi in blokade. Pri čiščenju vode imajo usedalniki z navzgornjim tokom običajno razmik ali premer cevi 50-150 mm, medtem ko imajo plošče s tokom navzdol približno 35 mm.
7. Izhodna cona
Za zagotovitev enakomernega odtoka iz nagnjenih plošč ali cevi je ključnega pomena razporeditev naprav za zbiranje vode. Te naprave so sestavljene iz vej za zbiranje vode in glavnih kanalov. Zbirne veje lahko vključujejo perforirana korita, trikotne jezove, tanke jezove in perforirane cevi. Višina od nagnjenega izhoda cevi do zbirne odprtine (tj. višina območja čiste vode) je povezana z razmikom med zbirnimi vejami in mora ustrezati naslednji formuli:
h Večji ali enak √3/2L
kje:
hje višina območja čiste vode (m),
Lje razmik med zbiralnimi vejami (m).
Običajno je L med 1,2 in 1,8 m, tako da je h med 1.0 in 1,5 m.
8. Hitrost usedanja (u₀) delcev
Hitrost pretoka vode med nagnjenimi ploščami je podobna vodoravni hitrosti v vodoravnih usedalnikih in običajno znaša od 10 do 20 mm/s. Pri uporabi koagulacijskega zdravljenja je hitrost usedanja (u₀) okoli 0,3 do 0,6 mm/s.