1. Principes et caractéristiques des décanteurs tubulaires
Selon la théorie des réservoirs peu profonds, dans la condition d'un volume effectif fixe du réservoir de sédimentation, plus la surface du réservoir est grande, plus l'efficacité de sédimentation est élevée, indépendamment du temps de sédimentation. Plus le réservoir est peu profond, plus le temps de sédimentation est court. Dans un décanteur tubulaire, la zone de sédimentation est divisée en fines couches par une série de plaques ou de tubes inclinés parallèles, incarnant le principe du réservoir peu profond. Les caractéristiques des décanteurs tubulaires à plaques ou tubes inclinés sont les suivantes :
1.Utilisation du principe d'écoulement laminaire: L'eau s'écoule entre les plaques ou à l'intérieur des tubes, là où le rayon hydraulique est petit, ce qui entraîne un faible nombre de Reynolds. Généralement, le nombre de Reynolds (Re) se situe autour de 200, indiquant un écoulement laminaire très favorable à la sédimentation. Le nombre de Froude de l'écoulement dans les tubes est d'environ 1×10⁻³ à 1×10⁻⁴, indiquant un état d'écoulement stable.
2.Surface accrue: La zone de sédimentation est augmentée, améliorant ainsi l'efficacité du bassin de sédimentation. Cependant, en raison de la disposition spécifique des plaques inclinées, des conditions d'entrée/sortie d'eau et des schémas d'écoulement interne, la capacité de traitement réelle ne peut pas atteindre le multiple théorique. Le rapport entre l’efficacité réelle de la sédimentation et l’efficacité théorique de la sédimentation est appelé coefficient effectif.
3.Distance de sédimentation des particules raccourcie: La distance de sédimentation des particules est réduite, raccourcissant considérablement le temps de sédimentation.
4.Re-floculation des particules: Les particules floculantes refloculent dans les plaques ou tubes inclinés, favorisant la croissance des particules et améliorant encore l'efficacité de la sédimentation.
2. Structure des décanteurs de tubes
La structure des décanteurs à tubes ou plaques inclinés est similaire à celle des bassins de décantation classiques, comprenant une entrée, une zone de sédimentation, une sortie et une zone de collecte des boues. Cependant, dans la zone de sédimentation, de nombreux tubes ou plaques inclinées sont installés. La figure 1 montre la structure typique d'un décanteur tubulaire.
Dans les décanteurs à plaques et tubes inclinés, le sens d'écoulement de l'eau par rapport aux plaques inclinées peut être classé en trois types :flux ascendant, flux descendant, etflux horizontal, comme le montrent les figures 2 et 3.
1.Flux ascendant (flux à contre-courant): L'eau s'écoule vers le haut à travers les plaques ou tubes inclinés tandis que les sédiments se déposent vers le bas. Leurs directions d'écoulement sont opposées, configuration appelée flux ascendant ou flux à contre-courant.
2.Flux descendant (flux simultané): L'eau s'écoule vers le bas à travers les plaques ou tubes inclinés dans la même direction que les sédiments, appelé écoulement descendant ou écoulement concurrent.
3.Flux horizontal (flux transversal): L'eau s'écoule horizontalement à travers les plaques, dit flux horizontal ou flux transversal, applicable uniquement aux plaques inclinées.
Actuellement, la plupart des usines de traitement de l'eau, telles que celles des centrales électriques, utilisent un écoulement ascendant et utilisent généralement des tubes inclinés comme composants pour les décanteurs tubulaires.
3. Zone d'entrée
L'eau pénètre horizontalement dans le bassin de décantation. La zone d'entrée comporte souvent des parois perforées, des parois fendues ou des entrées de tubes inclinés à écoulement vers le bas pour assurer une distribution uniforme de l'eau sur toute la largeur du réservoir. La conception et les exigences sont similaires à celles des bassins de décantation horizontaux. Pour obtenir un écoulement uniforme des tubes inclinés dans les systèmes à flux ascendant, une hauteur suffisante de la zone de distribution d'eau sous les tubes est nécessaire, garantissant que la vitesse d'entrée est maintenue entre 0.02 et 0,05 m/. s.
4. Angle d'inclinaison des plaques et des tubes
L'angle entre les plaques inclinées et le plan horizontal est appeléangle d'inclinaison ( ). Une valeur plus petite entraîne une vitesse de sédimentation critique plus faible (u₀), améliorant ainsi l'effet de sédimentation. Cependant, pour garantir un glissement automatique des boues et une évacuation sans obstruction des boues, il ne doit pas être trop petit. Pour les systèmes à flux ascendant, la température n'est généralement pas inférieure à 55 degrés à 60 degrés. Dans les systèmes à flux descendant, où l'évacuation des boues est plus facile, la température n'est généralement pas inférieure à 30 degrés à 40 degrés.
5. Forme et matériau des plaques et des tubes
Pour utiliser le plus efficacement possible le volume disponible du réservoir, les plaques et tubes inclinés sont conçus dans des formes géométriques compactes, telles que des formes carrées, rectangulaires, hexagonales et ondulées. Pour faciliter l'installation, plusieurs, voire des centaines de tubes inclinés sont regroupés en une seule unité, installée dans la zone de sédimentation. Les matériaux utilisés pour les plaques et tubes inclinés doivent être légers, durables, non toxiques et peu coûteux. Les matériaux courants comprennent le papier nid d’abeille et les fines feuilles de plastique. Les tubes en nid d'abeille peuvent être fabriqués à partir de papier imprégné et durcis avec de la résine phénolique, formant généralement des hexagones avec un diamètre de cercle intérieur de 25 mm. Les feuilles de plastique, telles que le PVC rigide de 0, 4 mm d'épaisseur, sont souvent moulées thermiquement.
6. Longueur et espacement des plaques et des tubes
Plus les plaques ou tubes inclinés sont longs, plus l'efficacité de sédimentation est élevée. Cependant, des plaques ou des tubes trop longs sont difficiles à fabriquer et à installer, et une augmentation de la longueur entraîne une diminution du rendement en termes d'efficacité. Si les plaques ou les tubes sont trop courts, la proportion de la zone de transition d'entrée (la zone de transition d'écoulement turbulent à laminaire) augmente, réduisant ainsi la zone de sédimentation effective. La zone de transition dans les tubes inclinés est d'environ {{0}} mm. L'expérience suggère que les plaques à flux ascendant devraient mesurer 0,8-1,0 m de long, avec un minimum de 0,5 m, tandis que les plaques à flux descendant mesurent environ 2,5 m de long. Avec une vitesse d'écoulement transversale constante, un espacement plus petit entre les plaques ou les diamètres de tubes augmente la vitesse d'écoulement et la charge superficielle, réduisant ainsi la taille du réservoir. Cependant, des espacements ou des diamètres de tubes trop faibles peuvent entraîner des difficultés de fabrication et des blocages. Dans le traitement de l'eau, les décanteurs à flux ascendant ont généralement un espacement ou un diamètre de tube de 50-150 mm, tandis que les plaques à flux descendant ont un espacement d'environ 35 mm.
7. Zone de sortie
Pour garantir un écoulement uniforme des plaques ou des tubes inclinés, la disposition des dispositifs de collecte d'eau est cruciale. Ces dispositifs sont constitués de branches de collecte d'eau et de canaux principaux. Les branches de collecte peuvent inclure des auges perforées, des déversoirs triangulaires, des déversoirs minces et des tuyaux perforés. La hauteur entre la sortie du tube incliné et le trou de collecte (c'est-à-dire la hauteur de la zone d'eau claire) est liée à l'espacement entre les branches de collecte et doit répondre à la formule suivante :
h Supérieur ou égal à √3/2L
Où:
hest la hauteur de la zone d'eau claire (m),
Lest l'espacement entre les branches de collecte (m).
Généralement, L est compris entre 1,2 et 1,8 m, donc h est compris entre 1,0 et 1,5 m.
8. Vitesse de sédimentation (u₀) des particules
La vitesse d'écoulement de l'eau entre les plaques inclinées est similaire à la vitesse horizontale dans les bassins de sédimentation horizontaux, allant généralement de 10 à 20 mm/s. Lorsqu'un traitement de coagulation est utilisé, la vitesse de sédimentation (u₀) est d'environ 0,3 à 0,6 mm/s.