עקרונות ומאפיינים של מתיישבי צינורות

1. עקרונות ומאפיינים של מתיישבי צינורות

על פי תורת המיכל הרדוד, בתנאי של נפח אפקטיבי קבוע של מיכל השקיעה, ככל ששטח הפנים של המיכל גדול יותר, כך יעילות השקיעה גבוהה יותר, ללא תלות בזמן השקיעה. ככל שהמיכל רדוד יותר, זמן השקיעה קצר יותר. במתיישב צינורות, אזור השקיעה מחולק לשכבות דקות על ידי סדרה של לוחות או צינורות משופעים מקבילים, המגלמים את עקרון המיכל הרדוד. המאפיינים של מתיישבי צינורות עם צלחות או צינורות משופעים הם כדלקמן:

1.ניצול עקרון הזרימה למינרית: מים זורמים בין הלוחות או בתוך הצינורות, כאשר הרדיוס ההידראולי קטן, וכתוצאה מכך מספר ריינולדס נמוך. בדרך כלל, מספר ריינולדס (Re) הוא בסביבות 200, מה שמעיד על זרימה למינרית, שהיא מאוד נוחה לשקיעה. מספר Froude של הזרימה בתוך הצינורות הוא בערך 1×10⁻³ עד 1×10⁻⁴, מה שמצביע על מצב זרימה יציב.

2.שטח פנים מוגדל: שטח השקיעה גדל, משפר את היעילות של מיכל השקיעה. עם זאת, בשל הסידור הספציפי של הלוחות המשופעים, תנאי כניסת/יציאת מים ודפוסי זרימה פנימיים, יכולת הטיפול בפועל לא יכולה להגיע למכפלה התיאורטית. היחס בין יעילות השקיעה בפועל ליעילות השקיעה התיאורטית ידוע כמקדם האפקטיבי.

3.מרחק שקיעת חלקיקים מקוצר: מרחק השקיעה של החלקיקים מצטמצם, ומקצר משמעותית את זמן השקיעה.

4.קיבוץ מחדש של חלקיקים: חלקיקים גדושים מתקבצים מחדש בתוך הלוחות או הצינורות המשופעים, מקדמים צמיחת חלקיקים ומשפרים עוד יותר את יעילות השקיעה.

2. מבנה מתיישבי צינורות

המבנה של מתיישבי צינור או צלחות משופעים דומה לזה של מיכלי שיקוע קונבנציונליים, הכוללים כניסה, אזור שיקוע, מוצא ואזור איסוף בוצה. עם זאת, באזור השקיעה מותקנים צינורות או לוחות משופעים רבים. איור 1 מציג את המבנה הטיפוסי של מתנחל צינורות.

במתיישבי צלחות וצינורות משופעים, ניתן לסווג את כיוון הזרימה של המים ביחס ללוחות המשופעים לשלושה סוגים:זרימה כלפי מעלה, זרימה כלפי מטה, וזרימה אופקית, כפי שמוצג באיורים 2 ו-3.

1.זרימה כלפי מעלה (זרימה נגדית): המים זורמים כלפי מעלה דרך הלוחות או הצינורות המשופעים בעוד משקעים שוקעים כלפי מטה. כיווני הזרימה שלהם מנוגדים, תצורה המכונה זרימה כלפי מעלה או זרימה נגדית.

2.זרימה כלפי מטה (זרימה במקביל): מים זורמים כלפי מטה דרך הלוחות או הצינורות המשופעים באותו כיוון כמו המשקעים, המכונה זרימה כלפי מטה או זרימה במקביל.

3.זרימה אופקית (זרימה צולבת): המים זורמים בצורה אופקית דרך הלוחות, המכונה זרימה אופקית או זרימה צולבת, החל רק על לוחות משופעים.

כיום, רוב מתקני הטיפול במים, כמו אלה בתחנות כוח, משתמשים בזרימה כלפי מעלה ומשתמשים בדרך כלל בצינורות משופעים כרכיבים עבור מתיישבי צינורות.

3. אזור הכניסה

מים נכנסים למיכל השקיעה בצורה אופקית. אזור הכניסה כולל לעתים קרובות קירות מחוררים, קירות מחורצים, או כניסות צינורות משופעות בזרימה כלפי מטה כדי להבטיח פיזור אחיד של מים על פני רוחב המיכל. העיצוב והדרישות דומים לאלו של מיכלי שיקוע אופקיים. כדי להשיג יציאה אחידה מהצינורות המשופעים במערכות זרימה כלפי מעלה, יש צורך בגובה מספיק של אזור חלוקת המים מתחת לצינורות, כדי להבטיח שמהירות הכניסה נשמרת בין 0.02 ל-0.05 מ'/ ס.

4. זווית נטייה של לוחות וצינורות

הזווית בין הלוחות הנטויים למישור האופקי נקראתזווית נטייה ( ). קטן יותר מביא למהירות שקיעה קריטית נמוכה יותר (u₀), ומשפר את אפקט השקיעה. עם זאת, כדי להבטיח הזזה אוטומטית של בוצה והזרמת בוצה ללא הפרעה, לא צריך להיות קטן מדי. עבור מערכות זרימה כלפי מעלה, הוא בדרך כלל לא פחות מ-55 מעלות עד 60 מעלות. במערכות זרימה כלפי מטה, שבהן פריקת הבוצה קלה יותר, היא בדרך כלל לא פחות מ-30 מעלות עד 40 מעלות.

5. צורה וחומר של צלחות וצינורות

כדי לעשות את השימוש היעיל ביותר בנפח המיכל הזמין, לוחות וצינורות משופעים מתוכננים בצורות גיאומטריות קומפקטיות, כגון צורות מרובעות, מלבניות, משושה וגליות. כדי להקל על ההתקנה, מספר או אפילו מאות צינורות משופעים מקובצים ליחידה אחת, המותקנת באזור השקיעה. החומרים המשמשים עבור צלחות וצינורות משופעים צריכים להיות קלים, עמידים, לא רעילים וזולים. חומרים נפוצים כוללים נייר חלת דבש ויריעות פלסטיק דקות. ניתן לייצר צינורות חלת דבש מנייר ספוג ולהתרפא בשרף פנולי, בדרך כלל יוצרים משושים עם קוטר עיגול פנימי של 25 מ"מ. יריעות פלסטיק, כגון 0.4 מ"מ PVC קשיח בעובי, לעתים קרובות מעוצבים תרמית.

6. אורך וריווח של צלחות וצינורות

ככל שהצלחות או הצינורות הנטויים ארוכים יותר, כך יעילות השקיעה גבוהה יותר. עם זאת, לוחות או צינורות ארוכים מדי הם מאתגרים לייצור והתקנה, ואורך נוסף מגדיל את התשואה הפוחתת ביעילות. אם הלוחות או הצינורות קצרים מדי, הפרופורציה של אזור המעבר בכניסה (אזור המעבר של זרימה סוערת ללמינרית) גדלה, מה שמפחית את אזור השקיעה האפקטיבי. אזור המעבר בצינורות המשופעים הוא בערך {{0}} מ"מ. הניסיון מצביע על כך שלצלחות זרימה כלפי מעלה צריכות להיות באורך 0.8-1.0 מ', עם מינימום של 0.5 מ', בעוד שאורכם של לוחות זרימה כלפי מטה בסביבות 2.5 מ'. עם מהירות זרימה קבועה של חתך רוחב, מרווח קטן יותר בין הלוחות או קוטרי הצינורות מגדיל את מהירות הזרימה ועומס פני השטח, ובכך מקטין את גודל המיכל. עם זאת, מרווחים קטנים מדי או קטרים ​​של צינורות עלולים להוביל לקשיי ייצור ולסתימות. בטיפול במים, למתיישבים זרימה כלפי מעלה יש בדרך כלל מרווח או קוטר צינור של 50-150 מ"מ, בעוד שלצלחות זרימה כלפי מטה יש מרווח של כ-35 מ"מ.

7. אזור אאוטלט

כדי להבטיח יציאה אחידה מהצלחות או הצינורות המשופעים, סידור מכשירי איסוף המים הוא קריטי. מכשירים אלו מורכבים מענפי איסוף מים ותעלות ראשיות. ענפי איסוף יכולים לכלול שקתות מחוררות, מזימות משולשות, צינורות דקים וצינורות מחוררים. הגובה ממוצא הצינור המשופע ועד לחור האיסוף (כלומר, גובה אזור המים הצלולים) קשור למרווח בין ענפי האיסוף וצריך לעמוד בנוסחה הבאה:

h גדול או שווה ל-√3/2L

אֵיפֹה:

hהוא גובה אזור המים הצלולים (מ'),

Lהוא המרווח בין ענפי האיסוף (מ).

בדרך כלל, L הוא בין 1.2 ל-1.8 מ', כך ש-h הוא בין 1.0 ל-1.5 מ'.

8. מהירות שיקוע (u₀) של חלקיקים

מהירות זרימת המים בין לוחות משופעים דומה למהירות האופקית במיכלי שיקוע אופקיים, בדרך כלל נעה בין 10 ל-20 מ"מ/שניה. כאשר נעשה שימוש בטיפול קרישה, מהירות השקיעה (u₀) היא סביב 0.3 עד 0.6 מ"מ לשנייה.