Mạng lưới thoát nước - Giáo trình dùng cho sinh viên đại học chuyên ngành cấp và thoát nước

chứa nhiều hợp chất vớ cơ và hưu co dé bị phân húy thôi rửa và chứa nhiều ví trùng gây bệnh, truyền bệnh rất nguy hiểm cho người và động vặt, Nếu những loài nước thái này xã ra một cách

TRUONG DAL HOC KIEN TRUC HA NỘI

| PGS.PTS HOANG HUE - KS PHAN ĐÌNH BUỔI

MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC

(GIÁO TRÌNH DÙNG CHO SINH VIÊN ĐẠI HỌC CHUYEN NGANIL CAP VA THOAT NUOC)

LOENOL DAU

Để, đạp tíng HN cản Tại liệu học tấp Chủ đọc sink, send vien chanven ngành

nude ca cac treme trae, dat hoe nganh Nav dung tony diet crane cả thầm

au Hiếu thun KHảO cho các cán bộ quản ty, nghien crn duet ke va uiy dường

TANG LUOL THOAT NUOC vita POS.PTS Howie Hue KS Phan Dink Budi, Treone

dai học Niên trúc Ha Nói

thuốc Hình cực củp thoát NƯỚC, NHÀ QHẬT bàn VĂN tHg Vật BH CHÓN

Cuan sich oink bảy Hiữững KHIN Thực cơ bản về tHuết kẻ váy dưng Hệ Thông

thodt meade VỚI HN HỘI HÀNG CN veut sae

Chương Ù Cúc hệ thông vá sở đã thoát nước Chương 3 Những tần để cơ TẤN về thiết Kể hệ thông thoat mec

Chicos a TÍNH toàn TH lực những Hướt THoat tước

Chuune t Ông vÀ KCGHỈ: HHƯƠHG, HN Củng THỊNH tren many fice

Chương Š THoat Hước na ca hệ THôNG THUẾ HHƯớC CHỜ

Chương 6 Fram bơm nước thất Cường 7 Cơ vở Kệ thuất quản RÈ hệ thông thuát nước Sách vuật bản lún đâu nên không trìnH khói vài voi Cung tôi ninh HIHàN được ý kiến phê bình dóng góp của Bạn dục XIoi ý Kiện vin wrt ve 2 Nha XHảI bản Xủy dừng 37 Lé Dai Hanh Ha Not howe Boomon Cap thodt nice va Ky thuật mi tường đó thị Trưởng dài học Niên trúc Ha Noi, Chang toi van trey nhan veri long bet an

NHÀ XUẤT BẢN XÂY DỰNG

3

PHAN |

NHUNG KHAI NIEM CHUNG VE THOÁT NƯỚC

Chuong I CAC HE THONG VA SO DO THOAT NUOC

1.1 Nhiệm vụ của hệ thông thoát nước và các dang nước thải

Nước sau khi sử dụng vào mục dịch sinh hoạt hày sản xuất, nước mưa chay trên các mai nha, mat đương, sản vươn chứa nhiều hợp chất vớ cơ và hưu co dé

bị phân húy thôi rửa và chứa nhiều ví trùng gây bệnh, truyền bệnh rất nguy hiểm cho người và động vặt, Nếu những loài nước thái này xã ra một cách bữa bài, thì không những là một trong những nguyên nhân chính gây õ nhiềm mới trưởng, này

sinh và lan truyền các thứ bệnh hiểm nghèo, ảnh hướng tới điều kiện vệ sinh, sức

khỏe của nhân đân, mà về mặt khác còn gây nên link trang ngập lụt rong các

diểm dân cư và xí nghiệp công nghiềp, lam hàn chế đất dai xây dựng, ảnh hướng đến nên móng công trình, gây trở ngụ cho giao thông và tác hài đến một gỗ ngành kinh tế khác như chăn nuôi cá vv

Vì vậy nhiệm vụ của hệ thống thoát nước la vấn chuyển nhanh chồng mọi loại nước thải ra khỏi khu dân cư và xí nghiệp công nghiệp, dông thơi xử lý và khứ trùng ti mức độ cần thiết trước khi xã vào nguồn nước Cao ho, song lach )

Nước thải có nhiều loại khác nhau Tùy theo tính chất và nguồn gốc của nó

mà người ta phân biệt ba loại chính sau đây :

- Nước thải sinh hoạt : thải ra từ các châu rửa, buông tắm, xí, tiểu chứa nhiều chất bẩn hữu cơ và vi trùng

- Nước thải sản xuất : Thải ra sau quá trình sản xuất, Thành phần và tính chất

loại nước này phụ thuộc vào lĩnh vực công nghiệp, nguyên liệu tiêu thụ và công

Nếu trong đô thị, nước thải sinh hoạt và sản xuất được dẫn chung, thì hỗn hợp

đó người ta gọi là nước thải đô thị

hệ thống mà tất cả các loại nước thải (sinh hoạt, sản xuất và mưa) xả chung vào một mạng lưới và dẫn đến công trình xử lý Nhiều trường hợp người ta xây dựng các miệng xả nước mưa (giếng tràn) ở điểm đầu của các đoạn cống góp, cống chính để đón nhận phần lớn lượng nước mưa của những trận mưa to kéo dài, đổ

ra nguồn nước cạnh đó nhằm giảm kích thước các đoạn cống và giảm bớt lưu lượng nước không cần thiết tới trạm bơm, lên công trình xử lý

Hệ thống thoát nước chung có ưu điểm là đảm bảo tốt nhất về phương diện

vệ sinh, vì toàn bộ phần nước bẩn đêu được xử lý trước khi xả vào nguồn Hệ thống chung sẽ kinh tế đối với những khu xây dựng nhà cao tầng Vì khi đó tổng

chiêu đài của mạng lưới tiểu khu và đường phố giảm được 30 - 40% so với hệ

thống riêng rẽ hoàn toàn, chỉ phí quản lý giảm 15 - 20% Hạ thống này nên xây dựng cho những đô thị gần những nguồn nước lớn Khi đó trên những cống góp

và cống góp chính, trước các trạm bơm v.v (kế cả ở trong khu vực đô thị) có 6

thể xây dựng nhiều giếng xả nước mưa để giảm bót kích thước của hệ thống ma không làm ảnh hưởng xấu tới điều kiện vộ sinh môi trường Bởi vì khi xả nước mưa vào nguồn, cũng là lúc lưu lượng và khả năng tự làm sạch của nước nguồn

tốt nhất

Cũng cần lưu ý rằng, đối với những khu vực xây dựng nhà thấp tầng và phân tán thì hệ thống thoát nước chung có nhiều nhược điểm Mùa mưa nước chảy đầy cống, có thế gây ngập lụt, nhưng mùa khô khi chỉ có nước thải minh hoạt và sản xuất (lưu lượng nhỏ hơn nhiều lần so với nước mưa) thì cống chảy lưng và tốc độ dòng chảy không đảm bảo điều kiện kỹ thuật, gây nên lắng đọng cặn, làm giảm khả năng chuyển tải phải thường xuyên nạo vét thau rửa cống Ngoài ra do nước mưa chảy tới trạm bơm, trạm xử lý không điểu hòa nên công tác quản lý điều phối trạm bơm và trạm xử lý trở nên phức tạp, khó đạt hiệu quả mong muốn

Hệ thống thoát nước riêng, (Hình 1-2), có hai hay nhiều mạng lưới riêng biệt : một dùng để vận chuyển nước bần nhiều (ví dụ như nước sinh hoạt), khi xả vào nguồn cho qua xử lý ; một dùng để vận chuyển nước bẩn ít hơn (ví dụ như nước mưa), thì cho xả thẳng ra nguồn Tùy theo độ nhiễm bẩn của nước thải sản xuất (nếu độ nhiễm bẩn cao) xả chung với nước sinh hoạt hoặc (nếu độ nhiễm bẩn thấp) chung với nước mưa Còn nếu trong nước thải sản xuất có chứa chất độc hại (kiểm, a xít v.v ) thì nhất thiết phải dẫn trong một hệ thống riêng biệt

So với hệ thống thoát nước chung thì hệ thống thoát nước riêng có lợi hơn về mặt xây dựng và quản lý Hiện nay ở Liên Xô cũ có hơn 200 thành phố và hàng nghìn xí nghiệp công nghiệp được trang bị hệ thống thoát nước theo kiểu này Tuy về mặt vệ sinh có kém hơn song rất ưu điểm là giảm được vốn đầu tư xây dựng ban đầu và chế độ làm việc của hệ thống ổn định Nhược điểm của hệ thống này là tồn tại hai hay nhiều mạng lưới thoát nước trong đô thị

Hệ thống thoát nước nửa riêng, theo quan điểm vệ sinh, thì tốt hơn hệ thống riêng Trong thời gian mưa lượng chất bẩn xả vào nguồn ít hơn Tuy nhiên, vì vốn đầu tư xây dựng ban đầu cao (phải xây dựng hai hệ thống mạng lưới đồng thời), nên ít được sử dụng Nó thường được sử dụng trong việc cải tạo những hệ thống thoát nước cũ

Hệ thống hỗn hợp là sự kết hợp các loại hệ thống kể trên, thường gặp ở những thành phố cải tạo mở rộng

Việc lựa chọn hệ thống và sơ đổ thoát nước phải căn cứ vào tính chất phục

vụ lâu dài và ổn định của các công trình thiết bị trên hệ thống Tùy theo điều kiện địa phương, dựa trên cơ sở so sánh kinh tế kỹ thuật và vệ sinh mà ta chọn

hệ thống này hay hệ thống kia cho thích hợp.ˆ

Khi lựa chọn hệ thống thoát nước khu dân cư, trước hết cần phải xây dựng sơ

đổ và xác định vị trí xã nước mưa Nước mưa không được xả vào dòng chảy bề mặt trong giới hạn khu dân cư nếu dòng chảy có tốc độ nhỏ hơn 0,05 mựs và lưu lượng nhỏ hơn 1 m3⁄s ; không được xả vào những bãi tắm, hồ sinh học, hổ nuôi

cá, biển nếu không được sự đồng ý của chính quyền địa phương, cơ quan chủ quản và cơ quan kiểm soát vệ sinh

Hệ thống riêng hoàn toàn nên áp dụng cho những đô thị lớn và xây dựng tiện nghỉ cũng như cho các xí nghiệp công nghiệp :

a) Có khả năng xả toàn bộ lượng nước mưa vào dòng chảy bể mặt;

b) Theo điều kiện địa hình phải xây dựng nhiều trạm bơm (> 3 trạm) khu vực ; c) Cường độ mưa q20 > 80 //s.ha ; -

d) Cần thiết phải xử lý sinh hóa đây đủ nước thải

Hệ thống riêng không hoàn toàn phù hợp với những đô thị và vùng ngoại ô

cö cùng mức độ xây dựng tiện nghỉ hoặc giai đoạn đầu xy y dựng hệ thống thoát nước

Hệ thống nữa riêng phù hợp :

a) Đối với những đô thị có dân sổ lớn hơn 50 000 người ; ;

b) Khi nguồn nước trong đô thị có lưu lượng ít, không có dòng chây;

e) Đối với những khu có nguồn nước dùng để tắm, thể thao bơi lội ;

d) Khi yêu cầu tăng cường bảo vệ nguồn nước khỏi sự nhiễm bần do nước thải mang vào

Hệ thống chung thường sử dụng đối với những đô thị xây dựng nhà nhiều tầng : a) Bên cạnh có nguồn nước dòng chảy mạnh, cho phép xả nước mưa và nước

bề mặt ;

b) Với số lượng trạm bơm hạn chế và áp lực bơm thấp ;

€) Có cường độ q20 nhỏ hơn 80 //s.ha

Hệ thống thoát nước hỗn hợp sử dụng hợp lý khi xây dựng và cải tạo hệ thống thoát nước trong những thành phố lớn (dân số trên 100.000 người) có nhiều vùng với mức độ tiện nghí và địa hình khác nhau Theo số liệu nước ngoài, hệ thống này chiếm khoảng 33 - 34% tổng số các hệ thống đã xây dựng cho các đô thị, Phần lớn các đô thị lớn trên thế giới được trang bị loại hệ thống cống chung hoặc

hệ thống hốn hợp

Hệ thống thoát nước các xí nghiệp công nghiệp thường theo nguyên tÁc hệ thống riêng rẽ hoàn toàn (xem hình 1-3) Đối với hệ thống thoát nước mưa cần

xét đến khả năng dẫn lượng nước bẩn nhất của nước mưa (lượng nước ban đầu

của các trận mưa) và nước bể mặt lên công trình xử lý Trên khu vực công nghiệp

có thể tốn tại nhiều mạng lưới : sinh hoạt, sản xuất, nước mưa và các mạng lưới

đặc biệt khác (để dẫn nước thải chứa a xít, kiểm )

Hình 1~3 : Hệ thống riêng rẻ hoàn toàn của các xí nghiệp công nghiệp

1 Mạng lưới nước thải sinh hoạt và sản xuất ; 2 Mạng lưới nước sản xuất và nước mưa ;

3 Giống thu nước mua ; 4 Mạng lưới thoát nước sân xuất bẩn ; ð Cửa xả.

Quy hoạch sơ đồ thoát nước cho hệ thống thoát nước đã chọn phải tính đến các điều kiện địa phương và khả năng phát triển kinh tế quốc dân của khu vực, nhằm đạt được những giải pháp tổ hợp và hiệu quả Trong đó cân phải tính đến những công trình hiện có và khả năng tận dụng lại

Sơ đồ thoát nước liên hệ vùng công nghiệp và dân cư thường thiết lập với mục đích bảo vệ và sử dụng nguồn nước hợp lý

Khi quy hoạch bất kỳ sơ đồ thoát nước nào cũng cần tính đến :

a) Lưu lượng và nồng độ của các loại nước thải ở các giai đoạn xây dựng ; b) Khả năng giảm lưu lượng và nông độ nhiễm bẩn của nước thải công nghiệp bằng việc áp dụng các quá trình công nghệ hợp lý với việc sử dụng hệ thống cấp thoát nước tuần hoàn hay nối tiếp trong khu công nghiệp

c) Loại trừ hay tận dụng, thu hồi các chất quý có chứa trong nước thải ; d) Lợi ích của việc xử lý chung nước thải sinh hoạt và công nghiệp ;

đ) Khái quát về chất lượng nước tại các điểm sử dụng và các điểm xả nước thải Tóm lại lựa chọn sơ đồ và hệ thống thoát nước trong mọi trường hợp cần tiến hành trên cơ sở tính toán kinh tế kỹ thuật và yêu cầu vệ sinh Sơ đỏ và hệ thống lựa chọn là sơ đồ và hệ thống ổn định nhất theo các chỉ tiêu vệ sinh, kinh tế nhất theo giá thành xây đựng và quản lý đối với tất cả tổ hợp công trình bao gồm mạng lưới, trạm bơm và các công trình xử lý

Ö nước ta là nơi mưa nhiều nắng lắm, thì xây dựng hệ thống riêng và nửa riêng

là hợp lý Khi đó nước mưa có thể cho chảy trong cống ngâm hoặc trong kênh mnương lộ thiên xả ra nguồn nước Để giảm kích thước các kênh mương ta xây dựng các hồ điêu hòa

Trong các thành phố của ta hiện nay phần lớn là hệ thống thoát nước chung, nước xả vào nguồn không qua xử lý Nó cần phải cải tạo lại theo kiểu riêng một nửa hoặc hỗn hợp để đảm bảo vệ sinh môi trường và mỹ quan cho thành phố Khi đó ta xây dựng thêm mạng lưới cống đón lấy các cửa xả của hệ thống thoát nước chung hiện tại và dẫn lên công trình xử lý Ö chỗ giao nhau giữa hệ thống

cũ và cống lây dựng mới sẽ bố trí ngăn và miệng xả nước mưa

1.3 Sơ đồ thoát nước của khu dân cư

Mỗi một hệ thống thoát nước được thực hiện bằng những biện pháp kỹ thuật khác nhau, tùy theo cách bố trí mạng lưới đường ống, độ sâu chôn cống, số lượng trạm bơm, số lượng và vị trí các công trình xử lý Ví dụ, có thành phố ta đặt các cống thoát nước tự chay và một trạm bơm độc nhất, lúc đó cần phải chôn sâu 10

cống Ngược lại khi đặt cống nông ta phải xây dựng nhiều tram bom Cũng như vậy có thể có một hoặc nhiều trạm xử lý (trạm làm sạch) Vị trí của trạm xử lý

giữ một vai trò quan trọng trong việc chọn sơ đồ thoát nước

Như vậy sơ dé thoát nước (hay là giải pháp thiết kế hệ thống thoát nước có căn cứ về phương diện kinh tế kỹ thuật, điều kiện địa phương cũng như khả năng phát triển trong tương lai) cũng rất khác nhau Nhưng bất kỳ sơ đồ hộ thống thoát nước nào cúng bao gồm các bộ phận chính sau đây

1) Thiết bị thu và dẫn bên trong nhà :

- Các thiết bị vệ sinh : hồ xí, hố tiểu, chậu tắm, chậu rửa v.v

- Mạng lưới đường ống : ống nhánh, ống đứng, ống dẫn nước thải ra mạng lưới ngoài nhà,

Nước thải từ các thiết bị vệ sinh chây qua ống nhánh tới ống đứng Các ống đứng thường đặt dựa theo tường, góc của buồng vệ sinh và có thể được ốp lát hoặc che đậy kín đáo trong các hộp bằng gạch, bằng bê tông hoặc bằng gỗ Ống đứng thường đặt cao hơn mái nhà khoảng 0,7m và phần trên gọi là ống thông hơi

-2

Hình 1-4: So dd téng quét thiết bị thu uà dẫn nước thải bên trong nhà

1 Ống thông hơi ; 2 Ống đứng thoát nước ; 3 Chậu tắm ; 4 Chậu rửa ; 5 Ket xi;

6 H6 xi (chau xf) ; 7 Ong nh4nh ; 8 Chau ria ; 9 Si phong (khda thiy luc) ;

10 Lỗ kiểm tra ; 11 Ống dẫn ra ngoài nhà ; 12 Giếng thám ; 13 Giếng kiểm tra ;

14 Giếng thám trên mạng lưới bên ngoài

1

Giữa mạng lưới ống và các thiết bị vệ sinh lắp đặt các khóa thủy lực để ngăn ngừa hơi khí độc xâm thực vào buồng vệ sinh Kiểm tra và tẩy rửa ống qua các cửa kiểm tra và các ống tẩy rửa

Nước thải theo các ống đứng tới mạng lưới cống dẫn ngoài nhà, Ò chỗ giao nhau giữa mạng lưới bên trong và bên ngoài nhà xây dựng giếng thăm để theo đõi chế độ làm việc của mạng lưới bên trong và tẩy rửa khi cần thiết

2) Mạng lưới thoát nước bên ngoài nhà :

Là hệ thống cống ngắm và mương máng lộ thiên dùng để dẫn nước bằng cách

tự chảy tới trạm bơm, trạm xử lý hay ra sông hồ Tùy theo vị trí, quy mô và nhiệm

vụ mà mạng lưới thoát nước bên ngoài nhà có thể là :

- Mạng lưới thoát nước sân nhà (cho một nhà)

- Mạng lưới thoát nước tiểu khu (Hình 1-ð)

- Mạng lưới thoát nước trong các xí nghiệp công nghiệp

- Mạng lưới thoát nước đường phố (ngoài phố)

mang lưới thoát

—I ứ 122 ` nước tiểu khu

Để kiểm tra chế độ làm việc của mạng lưới trong sân nhà hay tiểu khu thì ở cuối mạng lưới người ta xây dựng giếng thăm - giống kiểm tra Đoạn nhánh nối liền từ giếng kiếm tra tới cống thoát ngoài phố gọi là nhánh nối

Mạng lưới xây dựng dọc theo các đường phố và thu nhận nước thải từ các mạng lưới trong sân nhà, tiểu khu gọi là mạng lưới thoát ngoài phố, có rất nhiều nhánh, bao trùm những lưu vực rộng lớn và thường dẫn nước bằng cách tự chảy

Người ta còn chia toàn bộ khu vực thành những lưu vực thoát nước mà giới hạn là các đường phân thủy hay tụ thủy, Nước thải trên toàn bộ khu vực tập trung

về các cống góp : thoát nước lưu vực, thoát nước chính (cho nhiều lưu vực), thoát nước ngoài phạm vi thành phố (không có cống nhánh)

3) Trạm bơm và ống dẫn áp lực

Dùng để vận chuyển nước thải khi vì lý do kinh tế - kỹ thuật không thể tự chảy được Người ta phân biệt trạm bơm theo khái niệm : trạm bơm cục bộ, trạm bơm khu vực và trạm bơm chính Trạm bơm cục bộ phục vụ cho một hay một vài công trình Trạm bơm khu vực phục vụ cho từng vùng riêng biệt hay một vài lưu vực thoát nước Trạm bơm chính dùng để bơm toàn bộ nước thải thành phố lên trạm xử lý hoặc xả vào nguồn

Doan ống đẫn nước thải từ trạm bơm đến cống tự chảy hay đến công trình xử

lý là đường ống áp lực

Khi cống chui qua sông hổ hay gặp chướng ngại phải luồn xuống thấp, gọi là điu- ke (hay cống luồn) Đoạn cống này cũng làm việc với chế độ có áp và nữa áp 4) Công trình xử lý

Bao gồm tất cả các công trình dùng để xử lý nước thải và xử lý cặn lắng

3) Cống và miệng xả nước vào nguồn

Dùng để vận chuyển nước thải từ công trình xử lý xả vào nguồn Miệng xã nước thường xây dựng có bộ phận để xáo trộn nước thải với nước nguồn

Hình (1-6) Giới thiêu sơ đồ tổng quát thoát nước khu dân cư

Việc thiết lập sơ đả thoát nước cho một thành phố hay một khu dân cư rất phức tạp và khó khăn, vì nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như : điều kiện địa hình, điêu kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn, mức độ phát triển thành phố

ở đợt đầu và tương lai, vị trí đặt công trình xử lý và xả nước thải v.v Vì vậy không thể đưa ra một sơ đổ mẫu mực nào để giải quyết từng trường hợp cụ thể

được Ö đây chỉ giới thiệu một số dạng ad đồ tổng quát, phụ thuộc chủ yếu vào địa hình :

0

Hình I—6 : Sơ dồ tổng quát thoát nước khu đân cư

1 Ranh giới thành phố ; ; 2 Ranh giới lưu vực ; 3 Mạng lưới cống ngoài phố ;

4 Đường ống áp lực ; 5 Cống góp lưu vực ; 6 Cống góp chính ;

7 Cống góp ngoài phạm vi thành phố ; 8 Cửa xả ra sông hồ

4 So dé thing géc (Hinh 1-7a) ;

- Sơ đỗ giao nhau (Hình 1-7b) ;

- Sơ đồ phân vùng (Hình 1-7c) ;

- Sơ đô không tập trung (Hình 1-7d)

Sơ đô thẳng góc sử dụng khi địa hình có độ dốc đổ ra sông hô Chủ yếu dùng

để thoát nước mưa và nước thải sin xuất quy ước là sạch, nước xã thẳng vào sông

hồ mà không cần xử lý

So dé giao nhau : điều kiện địa hình giống như sơ đỏ thẳng góc, nhưng nước

thải cân phải xử lý trước khi xã vào nguồn, nên có cống góp chính chạy song song với dòng sông để dẫn nước thải lên công trình xử lý

Sơ đồ phân vùng : sử dụng trong trường hợp thành phố chia làm nhiều khu vực riêng biệt hay trong trường hợp thành phố có địa hình đốc lớn Nước thải từ vùng thấp thì bơm trực tiếp đến công trình xử lý hay bơm vào cống góp của vùng cao to : ‘ 14

Sơ đồ không tập trung : sử dụng đối với thành phố lớn hoặc thành phố có

chênh lệch lớn về cao độ, địa hình phức tạp hoặc thành phố phát triển theo kiểu

hình tròn Sơ đồ có nhiều trạm xử lý độc lập nhau

Ngược lại với sơ đồ không tập trung là sơ đổ tập trung, nghĩa là toàn bộ nước

thải được tập trung về trạm xử lý chung (Hình 1-7b, c)

Hình 1~7 : Các sơ đồ mạng lưới thoát nước

Cần chú ý đặc điểm xây dựng đợt đầu của thành phố có ảnh hưởng nhiều đến việc chọn sơ đồ thoát nước Vì chí phí xây dựng hộ thống thoát nước rất lớn, nên người ta phải chia thành nhiều đợt Trong đợt đầu chỉ giải quyết thoát nước cho các khu công nghiệp và các khu nhà ở cao tầng Nếu các khu đó nẦm cách xa nhau thì có thể giải quyết bằng các công trình xử lý riêng biệt, khi đó có dạng sơ

đổ không tập trung Khi thành phố mở rộng, tiếp tục xây dựng bổ sung thêm

đường ống chính, khi đó lại trở thành sơ đổ tập trung

1.4 Sơ đồ thoát nước liên hệ vàng

Đối với một số điểm tập trung dân cư và các xí nghiệp công nghiệp nằm kế nhau hoặc không xa nhau lắm, có mối quan hệ về nguồn và kinh tế nước, có thể

sử dụng sơ đồ thoát nước liên hệ vùng,

15

Đặc điểm của sơ đô này là nước thải từ tất cả các điểm dân cư và xí nghiệp

công nghiệp tập trung về một trạm xử lý Trạm xử lý này thay cho các trạm xử lý riêng của các điểm Cái đó tạo khả năng giảm được giá thành xây dựng và quản

lý xử lý nước, bảo vệ ổn định vệ sinh và khai thác sử dụng hợp lý nguồn nước Thực tế chỉ rõ rằng hiệu suất xử lý chung hỗn hợp nước sinh hoạt và sản xuất trên một trạm công suất lớn cho hiệu quả cao hơn so với trên những trạm công suất nhỏ riêng biệt

Hình (1-8) giới thiệu sơ đồ thoát nước liên hệ vùng của một số điểm dân cư

và các xí nghiệp công nghiệp ở ngoại 6 Mascova (Nga) So dé có một trạm xử lý

công suất 900.000 m°/ngày đêm, có 10 trạm bơm, gần 400 km đường éng, 58,2

km đường ống chính áp lực và tự chảy với đường kính 400 - 1100 mm Thực hiện

sơ đổ này thay cho 22 trạm công suất nhỏ và cải thiện môi sinh trên bình diện

Sơ đồ thoát nước liên hệ vùng được áp dụng phổ biến cho nhiều vùng thuộc Liên Xô cũ, ở các nước khác cũng được áp dụng rộng rãi mang lại hiệu quả kinh

tế và môi trường Ví dụ, hệ thống thoát nước Meiple - Lokd và Model (Anh) phục vụ cho số dân tương ứng là 383.000 và 1,6 triệu người, thay thế cho 26 và

28 trạm xử lý cục bộ Ö Nhật, trên diện tích 3,3 nghìn ha ở cạnh bờ biển Kasima

bố trí 39 xí nghiệp, nước thải được tập trung về một trạm xử lý, sau khi xử lý được

sử dụng lại trong hệ thống cấp nước tuần hoàn

1,5 Điều kiện thu nhận nước thải vào mạng lưới thoát nước

Khả năng thu nhận các loại nước thải khác nhau vào mạng lưới của hệ thống

thoát nước riêng hoặc chung được xác định bởi thành phần nhiễm bẩn và lợi ích

của việc xử lý chung có tính đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và vệ sinh

(xem bang 1-1)

Nước sinh hoạt và nước sản xuất bẩn không được xả vào mạng lưới thoát nước

mưa Nước thải từ các đài phun tạo cảnh, nước thấm và nước rửa đường thường

xả vào mạng lưới thoát nước sinh hoạt hoặc mạng lưới thoát nước sản xuất

Theo các chỉ tiêu kinh tế, thường thì thoát và xử lý hỗn hợp nước thải sinh hoạt và sản xuất là có lợi, song trong nhiều trường hợp, khi trong nước thải sản xuất chứa các chất độc hại thì không được phép xả và xử lý chung

Nước thải sản xuất chỉ được phép xả vào mạng lưới hệ thống thoát nước riêng

hoặc chung khi đảm bảo không gây tác hại tới vật liệu làm cống và công trình xử

lý cũng như không phá hoại chế độ làm việc của chúng, chẳng hạn như sau :

~ Không chứa những chất ăn mòn vật liệu

- Không chứa những chất dễ làm tắc cống hoặc những chất hơi khí tạo thành những hỗn hợp dễ gây nổ và cháy

- Nhiệt độ không vượt quá 40°C

- Không chứa những chất làm ảnh hưởng xấu đến quá trình xử lý sinh hoc nước thải

- Hỗn hợp nước thân sinh hoạt và sản xuất phải đảm bảo nồng độ

PH = 6,5 + 8,5

Các loại rác, thức ăn thừa trong gia đình chỉ được xả vào mạng lưới thoát

nước khi đã được nghiền nhỏ với kích thước 3 - 5mm và pha loãng bằng nước

Điều kiện thu nhận nước thải vào mạng lưới

Nước Nước Nước mưa chung

Nước sinh hoạt từ :

- Bénh vién truyén nhiém, trai diéu

¬ Các trạm và các điểm có trang bị

song chắn rác, bể láng cát, sau khi đã

~ Các trạm nghiền chat thai ran

- Tram lạnh công nghiệp, làm lạnh

thiết bị máy móc sản xuất với nhiệt

~ Những nơi cách li trong xÍ nghiệp

chế biến thịt, thuộc da, chứa các chất

bẩn dễ gây bệnh và truyền nhiễm, sau

Chương l1

NHUNG VAN DE CO BAN VE THIET KẾ

HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC

2.1 Tài liệu cø sở để thiết kế hệ thống thoát nước

; Đối tượng thoát nước cũng như đối tượng cấp nước có thể là những đô thị xây

” dựng mới, cải tạo hay mở rộng ; là các khu dân cư, các xí nghiệp v v mà giới

-, Về phương điện kinh tế mà nói thì nhà từ hai tầng trở lên trang bị hệ thống

ie thoát nước mới hợp lý và kinh tế Trong những trường hợp đặc biệt việc xây dựng

: ' hệ thống thoát nước là căn cứ vào điều kiện địa phương và những đặc điểm về

ee vệ sinh ở nơi đó mà quyết định Hệ thống thoát nước cũng xây dựng cả ở những nơi nhà một tầng

Thiết kế là giai đoạn chuẩn bị cần thiết cho công tác xây dựng Bởi vậy, nếu

Các tài liệu cơ sở cho việc thiết kế hệ thống thoát nước đô thị là đồ án quy

hoạch đô thị, còn đối với xí nghiệp công nghiệp là mặt bằng tổng thể của xí nghiệp công nghiệp Ngoài ra còn các tài liệu về đất đai, địa chất công trình địa chất thủy văn ; số liệu về nguồn nước, điều kiện vệ sinh v.v (xem kỹ hơn ở quyền

Ý "Hướng dẫn làm đồ án môn học cấp và thoát nước", Nhà xuất bản Xây dựng Hà

© NOi 1991 [15))

Trong đố án quy hoạch để cập tới các vấn để : m@jigdo phat trién cla dé thi

và xí nghiệp công nghiệp ; việc giải quyết tổng thể các ấn dé kiến trúc, xây dựng,

É kinh tế, kỹ thuật và vệ sinh trong giai đoạn 20 + 25 năm và trong giai đoạn đầu

' 1 ð + 10 năm ; sự phát triển công nghiệp và yếu tố mở rộng đô thị cũng như giải : ds quyết hàng loạt các vấn đề về vị trí các phần cơ bán của thành phố, khu công

Ủ nghiệp, khu xây dựng cơ quan phục vụ văn hoá đời sống, khu trung tâm (nói chung

là việc phân chia thành phố) ; các vấn để thuộc giko thông đô thị, xây dựng hệ

thống đường xá, cây xanh, việc tăng cường thiết bị xây dựng và cải thiện đời sống

(trowể đó có vấn để cấp và thoát nước) ; việc phân đợt xây dựng vx đều được

a ¡ ấn định trong đồ án quy boạch

Thiết kế hệ thống thoát nước thường tiến hành theo hai hay ba giai đoạn :

† nhiệm vụ thiết kế, thiết kế kỹ thuật và bản vẽ xây dựng (bản vẽ thi công ) Đối

_ với tổ hợp nhộ và những công trình riêng biệt có thể thực hiện cùng lúc trong

một giai đoạn

19

Nhiệm vụ đầu tiên khi thiết kế hệ thống thoát nước là việc xác định lưu lượng nước thải lưu lượng nước thải thường xác định dựa theo dân cư tính toán và tiêu chuẩn thoát nước có tính đến hệ số không điều hòa

2.2 Dan cư tính toán

Dân cư tính toán là số người sử dụng hệ thống thoát nước cho đến cuối thời gian dự tính quy hoạch (thời gian đự tính quy hoạch thường lấy 15 + 25 năm) được xác định trong khi lập đồ án quy hoạch chung của đô thị

Dân cư tính toán của từng khu vực trong đô thị có thể khác nhau do mức độ tiên nghị và tầng cao nhà ở Người ta đưa ra khái niệm mật độ dân số - tức là ị

số người tính trên 1 ha diện tích xây dựng khu nhà ở Khi biết: mật độ dân số P_

đã dàng tính được số lượng dân cư tính toán :

Trong đó : P - mật độ dân số, người/1ha ;

F - diện tích của khu nhà ở, ha Hiện nay người ta còn phân biệt mật độ dân số đợt đầu (5 - 10 năm) và tương

lai 15 - 25 năm) tùy thuộc vào tiêu chuẩn diện tích ỡ của mối thời kỳ `

Ye Theo kinh nghiệm thấy rằng xây dựng hệ thống thoát nước đạt hiệu quả kinh

tế chỉ khi mật độ dân số P > 45 - 50 người/1 ha Với mật độ dân số bé hơn thì chỉ nên xây dựng hệ thống thoát nước cục bộ

2.3 Tiêu chuẩn thos foc và hệ số không điều hòa

Tiêu chuẩn thoát nước là lượng nước thải tính trung bình ngày đêm cho mỗi

người sử dụng hệ thong thoát nước hay lượng nước thải tính trên sản phẩm Tiêu chuẩn thoát nước của khu đân cư thường lấy bằng tiêu chuẩn cấp rước (thực tế |

thì chỉ khoảng 70 + 75% tiêu chuẩn cấp) my

Cũng như cấp nước, tiêu chuẩn thoát nước phụ thuộc vào mức độ hoàn thiện - thiết bị tiện nghị, điêu kiện khí hậu, điều kiện vệ sinh, phong tục tập th điều kiện kinh tế xã hội và điều kiện địa phương

Đấi với đô thị và xí nghiệp công nghiệp khác nhạu thải ra lượng nước khác : nhau Những đô thị lớn có thể lấy tiêu chuẩn thoát nước lớn hơn so với những đô thị nhỏ Tiêu chuẩn thoát nude trong những ngày lễ, ngày thứ bảy, chủ nhật lớn

hơn tiêu chuẩn thoát, nước trong những ngày bình thường Vào nWững giờ ban đêm

nước thải ra ít hơn những giờ ban ngày v v Nói tóm lại nước thải ra không đồng

đều theo ngày, theo giờ và tiêu chuẩn thoát nước không đồng đều giữa các đô

thị, thị xã thị trấn và giữa các vùng khác nhau của một đô thì Khi tính toán

có thể tham khảo bảng (2- 1) hay lấy theo quy phạm TCXD-51- 72, 20TCN B1- 84

Bang 2-1

Tiêu chuẩn thái nước

SốTT Mức độ thiết bị vệ sinh trong các ngôi nhà (người ngé)

1 Các nhà bên trong có hệ thống cấp thoát nước, có dung

cụ vệ sinh, nhưng không có thiết bị tắm 80 - 100

- |eu vệ sinh và thiết bị tắm thông thường (tắm hương sen) 110 - 140

3 (Các nhà bên trong có hệ thống cấp thoát nước, có dụng

cy vệ sinh, có chậu tầm và cấp nước nóng cục bộ 140 - 180

Ghỉ chú :

1- Tiêu chuẩn thoát nước ghi ở bảng 1-1 bao gồm kể cả lượng nước dùng cho

các công trình công cộng thuộc khu nhà ở

3- Trong trường hợp đô thị có những yêu cầu đặc biệt (khu nghỉ mát, an dưỡng,

du lich .) thì có thể tăng tiêu chuẩn thoát nước một cách đáng kề

3- Tiêu chuẩn thoát nước ghỉ ở bảng 1-1 áp dụng như sau :

Trị số nhỏ áp dụng cho những trường hợp :

- Toàn bộ vùng núi cao gồm các địa điểm thuộc tỉnh Hà Giang, Cao Bằng,

Lào Cai, Sơn La, Lai Châu, Nghĩa Lộ và một phần Bắc Thái

- Một số vùng núi thấp gồm các điển lân cận vùng núi cao thuộc các tỉnh Yên

Bái, Hoà Bình, Lạng Sơn, Tuyên Quang

- Một vùng nhỏ đồng bằng trung du duyên hải Bắc bộ gồm các địa điểm lân cận vùng núi thấp, những nơi hẻo lánh hay nguồn nước khó khăn

Trị số lớn áp dụng cho những trường hợp :

~ Phần lớn phần đồng bằng trung du và duyên hải Bắc bộ gồm 2 thành phố :

Hà Nội, Hải Phòng và các tỉnh Vĩnh Phú, Hà Bắc, Hải Hưng, Thái Bình, Nam

Hà, Ninh Bình, Thanh Hoá, Quảng Ninh

- Phần lớn phần ảnh hưởng của gió Lào gồm các tính Nghệ An, Hà Tinh,

- Các thị xã thuộc vùng núi thấp

4- Các tỉnh vùng phía Nam cũng có thể đối chiếu sửa đổi đối với tiêu chuẩn ghỉ ở bảng 1-1 để áp dụng

5- Tuy theo mức độ phát triển thành thị trong tương lai mà tăng tiêu chuẩn

thoát nước lên một cách thích đáng

Cũng như mật độ dân số, tiêu chuẩn cấp và thoát nước phân biệt theo giai

tương ứng với nhau

Đối với xí nghiệp công nghiệp thì có hai loại : nước thải sinh hoạt và nước thai

sản xuất Tiêu chuẩn thoát nước sinh hoạt trong các xí nghiệp công nghiệp và hệ

số không điều hòa có thể tham khảo bảng (2-2)

Bảng 2-2

Phân xưởng nóng toả nhiệt 35 2,5

bị cần cấp nước, phụ thuộc vào dây chuyển công nghệ của từng nhà máy Khi thiết

kế cần tham khảo các nhà máy tương tự

Tiêu chuẩn thoát nước sinh hoạt vừa nêu lên ở trên là đại lượng trung bình Trong thực tế thì như chúng ta đã biết, nước thải ra không đồng đều theo thời

gian Để tính toán hệ thống thoát nước không những cần biết lưu lượng trung bình

ngày mà còn cần biết sự thay đổi lưu lượng theo giờ trong ngày đêm , Gia trị đặc trưng trị số giữa lưu lượng ngày lớn nhất và lưu lượng ngày trung bình (tính trong năm) gọi là hệ số không điêu hòa ngày kng

i

Qmax ;ạ ng

Tỉ số giữa lưu lượng giờ tối đa và lưu lưởng giờ trung bình (trong ngày thai’:

nước tối đa) gọi là hệ số không điêu hòa gid, Kn

2

Qmax, h

Hệ số không điều hỏa chung là tỷ số giữa lưu lượng giờ tối đa trong ngày có lưu lượng lớn nhất và lưu lượng trung bình trong ngày có lưu lượng trung bình,

Kc Hệ số Kc có thể lấy bằng tích số giữa hai hệ số điều hòa giờ và điều hòa ngày

Kc = Kng Kh (2-4) Khi tính toán mạng lưới thoát nước thường sử dụng hộ số không điểu hòa chung, Ke Dai lượng này lấy căn cứ vào lưu lượng trung bình giây của nước thải

xả vào hệ thống thoát nước (bảng 2-3)

Trong đó :

QL, Qhb , afb - tương ứng là lưu lượng trung bình ngày, giờ và giây ;

Qhrax , Qt , qhax tương ứng là lưu lượng tối đa ngày, giờ và giây ;

q - tiêu chuẩn thoát nước, //người.ngày đêm

2) Lưu lượng nước thải sản xuất :

Để tính toán lưu lượng nước thải sản xuất ta căn cứ theo công nghệ sản xuất Trong một số trường hợp tính theo đơn vị sản phẩm hoặc nguyên liệu tiêu thụ và tính theo công thức sau đây :

Lưu lượng trung bình ngày :

Lưu lượng tối đa giây

m.Pị Eh T.3600 '

Trong đó :

m- lượng nước thải tính trên sản phẩm, //tấn, //sản phẩm ;

Pi- số lượng sản phẩm trong ca có năng suất tối đa, tấn, sản phẩm

P- số lượng sản phẩm trong ngày, tấn, sản phẩm

T- thời gian làm việc trong ca, h

3) Lưu lượng nước thải sinh hoạt trong các xí nghiệp công nghiệp

Lưu lượng ngày :

T- số giờ làm việc trong ca

4) Lượng nước từ các nhà tắm trong các xí nghiệp công nghiệp :

Cứ mỗi vòi tấm hương sen thải ra 500 //h ; thời gian làm việc của các vòi tắm là 45 phút sau mối ca làm việc ; hoặc tính theo kíp đồng nhất với tiêu chuẩn 40 - 60 lít/người

2.5 Biểu đồ giao động lưu lượng nước thải :

Để tính toán hệ thống thoát nước ta cần biết chế độ thải nước Thường nước thải ra không đồng đều theo thời gian trong ngày Ban đêm nước thải ít, ban ngày nước thải nhiều ; giữa các ngày trong tháng, các mùa trong năm lưu lượng nước thải đều có sự thay đổi

Theo kết quả quan sát nhiều năm, người ta thấy rằng lưu lượng nước thải trong các đô thị giao động theo một quy luật nhất định, với độ sai lệch không lớn Hinh (2-1) trình bày biểu đồ giao động lưu lượng nước thải của một đô thị với số đân tính toán 20.000 người Trên trục tung biểu diễn % lưu lượng các giờ

so với tổng lưu lượng ngày đêm

Nếu nước thải ra đồng đều trong ngày đêm thì biểu đổ giao động là đường thẳng song song với trục hoành, lưu lượng trung bình (%) :

Qh = 100: 24 = 4,17

Lưu lượng tối đa tại thời điểm 11 - 12 giờ là 6,õ% lưu lượng ngày đêm, tương ứng với hệ số không điều hòa chung :

Ke = 6,5 : 4,17 = 16

Bảng (2-4) giới thiệu về lưu lượng nước thải của các đô thị theo các giờ trong

ngày đêm và hệ số không điêu hòa tương ứng

Bảng 2-4

Lưu lượng trung bình giây, qo, l/8

Các giờ | 50 100 200 300 500 soo |! “DA”

trong ngày

Ke 1,8 1,6 1,4 1,85 1,25 1,2 1,15

3-4 1,25 1,65 1,65 1,85 2,0 2,25 2,6 4-5 1,25 1,55 1,65 1,85 2,0 2,25 2,6 5-6 3,3 4,35 4,2 4,8 5,05 4,9 4,8 6-7 5 5,95 5,8 5,0 5,15 49 4,8

7-8 7,2 5,8 5,8 5,0 5,15 5,0 4,8 8-9 1,5 6,7 5,85 5,65 5,2 5,0 4,8 9-10 1,5 6,7 5,85 5,65 5,2 5,0 4,8

Lưu lượng nước thải sinh boạt của công nghiệp xả vào hệ thống thoát nước

sinh hoạt, thường cũng đặc trưng bởi quy luật xác định Lưu lượng tăng lên ở

những thời gian đầu mỗi ca và trước giờ nghỉ ăn cơm trưa ; lưu lượng lớn nhất ứng với hệ số không điều hòa giờ K = 3,0 hoặc K = 3,5 vào cuối thời gian các

ca Trong những giờ khác lưu lượng có thể lấy theo giá trị trung bình

Chế độ thải nước sản xuất lấy theo số liệu cho trước của để án thiết kế công nghệ

2.6 Tổng lưu lượng nước thải

Tổng lưu lượng nước thái của vùng dân cư xác định theo các giai đoạn xây dựng (giai đoạn đầu, giai đoạn tính toán) Những lưu lượng này được tính riêng biệt :

1 Trên số người sống thường trú,

2 Trên số người sống tạm trí hoặc số người ở khách sạn, nhà ga, bến xe

3 Trên số ngưòi làm việc ở các xí nghiệp công nghiệp

Lưu lượng tính toán trên số người sống thường trú có thể xác định theo hai phương pháp :

a) Theo 86 lượng người sống ở những vùng riêng biệt của đô thị và trong những nhà với mức độ tiện nghi khác nhau ;

b) Theo lưu lượng đơn vị hay là mô đun lưu lượng

Trong mọi trường hợp khi tính toán số người đều lấy theo đồ án quy hoạch Với phương pháp thứ nhất người ta xác định lưu lượng tính toán theo : dân

cư, tiêu chuẩn thải nước và hệ số không điều hòa (xem phần 2.4)

Phương pháp thứ hai được xây dựng trên cơ sở cho rằng nước thải của khu dân cư thường trú tỉ lệ với diện tích dòng chảy, Giả thiết là toàn bộ lượng nước

từ diện tích mà đoạn cống phục vụ đều đổ vào điểm đầu, thì lưu lượng nước ở trên đoạn cống là không đổi

Lưu lượng đơn vị hay mô đưn gọi là lưu lượng trung bình tính toán qo (//s ha) :

_n,P

90 ^ 36400

(2-16) Trong đó :

n- tiêu chuẩn thoát nước, Ung.ng.đêm :

P- mật độ dân số, ng/ha

Mô đun dòng chảy đối với từng khu vực phụ thuộc vào mật độ dân số và tiêu chuẩn thoát nước Nếu mức độ trang bị tiện nghị khác nhau ở trong khu vực, thì lấy theo giá trị trung bình

Đối với những đô thị hoặc khu dân cư lớn, phương pháp xác định lưu lượng theo môđuyn dòng chảy là chính xác, nhưng đối với những khu dan cư nhỏ hay các tiểu khu thì lưu lượng xác định theo phương pháp này cho các giá trị hoặc cao quá hoặc thấp quá

Tiêu chuẩn thoát nước - n, bao gồm cả phần nước thải - nec, chảy ra từ các nhà công cộng (nhà tắm, xí nghiệp giặt là, trường học, câu lạc bộ, nhà hát, rạp chiếu bóng, nhà hàng, bệnh viện v.v ) ở ngoài khu vực hay tiểu khu đã nói ở trên

Đề điều chỉnh đúng việc tính toán (nhất là khi kiểm tra khả năng chuyển tải

của các đoạn cống đặt sau điểm đấu nguồn), lưu lượng nước thải từ các nhà công cộng cần tính toán như tổng các lưu lượng tập trung 5 Qui Khi đó lưu lượng đơn

vị hay mô đụn dòng chảy có thể tính theo công thức :

nọ- tiêu chuẩn thoát nước còn lại (/ng.ha) ;

Q- lưu lượng trung bình ngày của khu vực thoát nước, mẺ/ng đêm ;

Fp- dién tích khu vực thoát nước có cùng mức độ trang bị tiện nghi, ha

Tiêu chuẩn thoát nước còn lại no bang :

Tổng các lưu lượng nước thải : lưu lượng của khu dân cự, lựu lượng tập trung

từ các nhà công cộng, lưu lượng nước sinh hoạt và sản xuất từ các xí nghiệp công

nghiệp được tính toán riêng và đưa vào các bảng, sau đó thành lập biểu đổ tổng cộng để xác định lưu lượng tối đa giờ và lưu lượng tính toán giây cẩn cho việc

tính toán đường ống, trạm bơm, các công trình xử lý có tính đến hộ số không điều

3.1 Đặc điểm, chuyển động của nước thải trong mạng lưới

Sự chuyển động của nước thải (do chỗ chứa nhiều cặn lầng) khác với sự chuyển động của nước cấp Việc lấy cặn lắng đọng lại ở trong cống rất khó khăn, phức tạp, tốn công sức và mất vệ sinh Vì vậy phải làm sao để cống thoát nước làm việc được bình thường, nghĩa là phải đảm bảo các chất không hòa tan chứa trong nước thải được vận chuyển liên tục bằng dòng chảy mà không đọng lại ở trong cống Cặn lắng đọng lại trong cống thường chứa 3 - 8% (tính theo thể tích) là chất hữu cơ với kích thước > Imm va 92 + 97% là tạp chất khoáng với kích thước trung bình 1mm Trong cặn chứa 70 - 90% là cát, Trọng lượng riêng của cặn nén mịn lấy bằng 1,6 Tim’, cặn chưa nén mịn 1,4 T/mŠ Theo kết quả nghiên cứu của giáo sư N F Pheđôörôp thì thành phần tổ hợp của cặn lắng trong hệ thống thoát nước chung và riêng không có sự thay đổi lớn (Hình 3- 1)

Hinh 3-1: Thanh phdn 8 hop cita edn tang

1 Nước thải sinh hoạt ; 2 Nước mưa ; 3 Hệ thống thoát nước chung

Các công trình nghiên cứu của A IA Milôvich, B O Bôtuk, N F Pheđôrôp,

C B IAkôvlep cho thấy rằng chất hữu cơ không hòa tan có thé vận chuyển dễ dàng trong cống thoát nước, còn tạp chất không hòa tan chủ yếu là cát thì khó vận chuyển và trong những điều kiện thủy lực bất lợi có thể lắng lại trong cống làm giảm khả năng chuyển tải và có khi làm tắc cống hoàn toàn Tùy theo quan

hệ giữa cặn lắng và dòng chảy mà có thể xẩy ra các trường hợp sau đây :

- Nếu lượng chất không hòa tan nhỏ hơn khả năng chuyển tải của dòng chảy, thì cặn không bị lắng lại, hoặc các hạt cặn đã rơi xuống cũng bị cuốn lăn theo dạng làn sóng

~ Nếu lượng chất không hỏa tan bằng khả năng chuyển tải của dòng chảy, thì cặn sẽ chuyển dịch theo đạng làn sóng

- Nếu lượng chất không hòa tan vượt quá khả năng chuyển tải của dòng chảy, cặn sẽ rơi lắng và hiện tượng đó cứ tiếp tục đến chừng nào số lượng cặn trong nước thải chưa cân bằng với khả năng chuyển tải của dòng chảy

Sơ đồ cấu trúc dòng chảy ở trong cống thoát nước xem hình (3-2)

Cặn lắng trong cống sẽ làm tăng sức khoáng thủy lực của dòng chảy Sức kháng

đó có khi đạt tới giá trị sức kháng trong kênh mương bằng đất Tổn thất áp lực

hy khi nước thải chảy trong cống biểu diễn bởi phương trình :

Trong đó :

b - hệ số có tính đến ảnh hưởng của hình dạng, kích thước, độ nhám của thành cống và loại nước thải ;

v - tốc độ chuyển động (trung bình) trong cống ;

mm ~ Số mũ, có tính đến ảnh hưởng của tốc độ dòng chây Đối với chuyển động tầng m = 1, chuyển động rối m = 1,7ð + 2

30

Đặc trưng chuyển động của nước thải ở trong cống là số Raynôn- Ra Với cống tròn khi độ đầy hoàn toàn, Re được xác định theo công thức sau :

Re = Trong dé :

v- t6e dO chuyén động trong cống ;

d - đường kính cống ;

y - hệ số nhớt của nước thải

Nước thải chảy ở trong cống, ở trong kênh mương thoát nước có thể là chây tầng hoặc chảy rồi, chảy đều hoặc không đều, chảy ổn định hoặc không ổn định Chuyển động đều là chuyển động trong đó tốc độ trung bình của dòng chảy, tính theo chiều dài của cống (hoặc kênh mương) không thay đổi a = const, w = const,

Chuyển động không đều là chuyển động mà tại những mặt cất khác nhau (theo chiều dài) của cống tốc độ trung bình có những giá trị khác nhau

Trong thực tế có thể coi chuyển động của nước thải ở trong mạng lưới thoát

chẳng những là không đều mà còn không ổn định, nhất là trong cống có kích thước nhỏ Nhưng trong tính toán, để đơn giản, người ta coi như chuyển động đều

ở phạm vi nhám và quá độ của chế độ rối

Đặc trưng thủy lực cơ bản của dòng chảy là lưu lượng q, tốc độ trung bình v, tiết điện ướt ø, bán kính thủy lực và độ nhám của thành cống

Căn cứ vào tốc độ tự làm sạch, độ đầy, lưu lượng tính toán - là những đặc trưng cơ bản nhất của dòng chảy, và những đặc trưng khác người ta tiến hành xác định đường kính và độ đốc đặt cống hợp lý

3.2 Các tiết diện cống và đặc tính thủy lực

Trong thực tế xây dựng hệ thống thoát nước, chúng ta thường gặp nhiều loại tiết điện cống Việc lựa chọn tiết diện này hay tiết diện kia là căn cứ vào điểu

kiện cụ thể của từng nơi mà quyết định Nói chung phải xuất phát từ các yêu câu sau :

- Có khả năng chuyển tải lớn nhất ;

- Có độ bần tốt dưới tác động của tải trọng động và tĩnh ;

- Giá thành xây dựng trên mét dài là nhỏ nhất ;

- Thuận tiện trong quản lý (cọ rửa cống v.v )

Trén hinh (3-38) giới thiệu

các loại tiết diện cống thoát

độ nghiêng và diện tích tiết

diện ướt bằng nhau Với quan

Và đạt giá trị tối đa R = 0,804d khi độ dây h = 0,813d

Với độ đầy không hoàn toàn :

Với cùng một giá trị R, tốc độ dòng chảy trong cống tròn khi độ đây h = 0,5

và h= 1 được xem là bằng nhau và tốc độ đạt giá trị tối đa khi độ đẩy h = 0,813d Khả năng chuyển tải (lưu lượng) đạt giá trị tối đa khi độ đây h = 0,95d, con sau

đó giảm dân, song lưu lượng khi nước chảy đẩy hoàn toàn gấp đôi khi chảy đầy một nửa

Hình (3-4) giới thiệu dé thi phụ thuộc giữa tốc độ, lưu lượng với độ đẩy dòng chảy trong cống tròn Trên trục đứng đặt tỉ lệ độ đây h, trên trục ngang tương 32

ứng với các độ đầy là tốc độ và lưu lượng tính theo tỉ lệ đơn vị tốc độ và độ đây khi chảy đầy hoàn toàn

Hình 3-4 : Các thành phần thủy lực của dòng chảy

a Dường cong phụ thuộc giữa tốc độ, lưu lượng với độ đấy ;

b Độ đốc thủy lực của dòng chảy trên đoạn I ¬ I;

c Độ nhám tuyết đối Âz Cống tròn còn là cống có độ bền vững và phương pháp sản xuất cũng được hoàn thiện hơn so với các loại cống tiết diện khác Vì vậy nó cũng được sử dụng trong xây dựng mạng lưới thoát nước tới 90%

Khi đặt cống nông, muốn hạn chế chiều cao, thì có thể dùng loại céng (3- 3c) Khi có lưu lượng lớn, đồng thời muốn hạn chế chiều cao - dùng loại (3- 3b), (3- 3c) Đối với hệ thống thoát nước chung có thể dùng loại (3-3g) ; khi không có mưa, nước thải sẽ được tải ở phần nhỏ phía dưới Loại tiết diện chữ nhật hay hình thang (3- 3d), (3- 34) chủ yếu sử dụng trong mạng lưới thoát nước mưa hay những kénh xả nước sau khi đã xử lý

3.3 Công thức tính toán thủy lực mạng lưới

Tính toán thủy lực mạng lưới thoát nước bao gồm việc xác định đường kính cống, độ dốc, độ đầy và tốc độ nước chảy Người ta thường sử dụng các công thức sau đây :

Công thức lưu lượng :

R - bán kính thủy lực, bằng „ (P - chu vi ướt) ;

I- độ dốc thủy lực, lấy bằng độ đốc của cống ;

C - hé 6 Sezi, tính đến ảnh hưởng của độ nhám trên bề mặt trong của cống, hình thức tiết diện cống và thành phần tính chất của nước thải

Hệ số Sezi (C) có thể xác định theo công thức :

Re - hệ số Raynôn, đặc trưng cho chế độ dòng chây

Các giá trị As và as của các loại cổng làm từ các vật liệu khác nhau tham

Bang 3-1 Giá trj Ae va a2 trong cong thic (3~12) ~ công thức của N F Phedorop

Sự chênh lệch đó chủ yếu là do khi tính toán lấy hệ số độ nhám không giống nhau Vì vậy có thể sử dụng bang tính toán thủy lực của N, F Pheđôrôp (lập theo công thức của G L Zac) hay của A A Lukhinức (lập theo công thức của Viện

sĩ Pavlôpaki) Cũng có thể sử dụng toán đồ tọa độ mạng lưới hay để giải lập theo công thức của Viện sĩ Pavlôpski với n =0,011 + 0,017 (xem 3-7)

3.4 Tổn thất cục bộ trong mạng lưới thoát nước

Tổn thất cục bộ trong mạng lưới thoát nước xẩy ra tại các nơi như ; giếng chuyển hướng dòng chảy, giếng nối cổng nhánh vào cống chính, giếng chuyển bậc Tén thất cục bộ thường gây ra hiện tượng dềnh nước - là hiện tượng không cho phép trong cống thoát tự chảy Khi đó vì tốc độ giảm các chất lơ lửng lắng đọng xuống đáy cống Hiện tượng giảm nhanh tốc độ đỏng chảy thường gặp ở những

chỗ dông chảy chuyển hướng và trước những nơi nối cổng nhánh vào cống chính

Vì thế khi tính toán thủy lực cống tự chây với đường kính d > 500mm thì tại những nơi chuyển hướng dòng chảy, những nơi dòng nhánh (đường kính cổng nhánh không nhỏ hơn 350mm có hạ bậc trên cống chính) vào cống chính cần tính đến tổn thất cục bộ :

heb = & (8-18)

Trong đó :

v- tốc độ trung bình của dòng chảy, m/s ;

g - gia tốc rơi tự do, mịa2,

Hệ số tổn thất cục bộ đối với cống dẫn áp lực có thể lấy theo bảng (3-2), còn

tại những nơi chuyển hướng và hội lưu dòng chảy người ta tính theo công thức do

Trong thực tế, tổn thất cục bộ tại cfc giéng chuyén huéng dong chay đạt tới 1,5 + đem, còn ở các giếng hội lưu đến 6cm Vì thế tại các giống đổi hướng cần tăng độ đốc lòng máng dẫn để khắc phục tổn thất áp lực và tại các giếng hội lưu cần hạ lòng máng xuống một độ sâu bằng độ tăng chiều dày của dòng chảy ở đó

Bảng 3-2

- Cửa thu nước vào ống gờ nhọn 0,5

~ Cửa thu nước vào ống ở đưới mực nước 1,0

- Van khóa với mức độ mở :

3.5 Đường kính tối thiểu và độ đầy tối đa

Trong những đoạn đầu của mạng lưới thoát nước, lưu lượng tính toán thường không lớn, do đó có thể dùng các loại cống có đường kính bé Kinh nghiệm sử dụng cho thấy khả năng làm tắc cống loại d150 mm lớn hơn khoảng 2 lần so với loại đ200 mm Do vậy loại cống d150 đòi hỏi nhiêu chỉ phí quản lý, trong khi giá thành xây dựng hai loại trên lại chênh lệch không đáng kể Điêu ấy chứng tổ không phải lúc nào cống có đường kính nhỏ đều là kinh tế, mà nó phải có một

giới hạn nhất định Để thuận tiện trong quản lý người ta quy định đường kính tối

thiểu dùng cho từng hệ thống riêng biệt - , : Đối với mạng lưới thoát nước trong sân nha thi đường kính tối thiểu là 150 ram ; đối với mạng lưới trong tiểu khu và đường phố -.200 mm Riêng hệ thống

Nước thải chảy trong cống, ngay khi đạt lưu lượng tối đa cũng không choán đầy cống Tỉ lệ giữa chiều cao lớp nước trong cống so với đường kính của nó gọi

h

là độ đầy tương đối (a): Người ta cũng không cho cống chảy đầy còn lý do nữa

là cần khoảng trống để thông hơi Độ đầy tối đa lấy như sau,

Bảng 3-3

Đối với nước thải

độ không xói mòn vật liệu làm cống và tốc độ không lắng cặn Tốc độ cho phép không xói mòn là tốc độ lớn nhất mà khi dòng chảy đạt tới trị số ấy không gây

ra sự xói lở (phá hoại) lòng cống, trở ngại cho việc sử dụng bình thường Đối với cống kim loại vmax = 8,0 m/s đối với loại cống không kim loại vmax = 4 m/s ; đối với kênh mương đất có thể sử dụng các giá trị cho trong phụ lục 1

Tốc độ giới hạn không lắng (œ› tốc độ tự làm sạch) là tốc độ mà ứng với nó dòng chảy đủ sức chuyển tải lượng cặn lắng với thành phần tổ hợp xác định Như vậy muốn cho cống không bị bồi lấp cần thỏa mãn điều kiện :

Công thức (3-14) trong thực tế chỉ mang ý nghĩa lý thuyết bởi vì trong đó không phản ánh một số yếu tố quan trọng như số lượng chất lơ lửng và thành phần hạt

Gọi tốc độ lắng của hạt trong nước tính là w muốn cho hạt đó không bị lắng xuống trong dòng chảy rối thì cần có :

Từ đó rút ra biểu thức không lắng :

(3-17) Mặt khác các hạt rắn lắng xuống không chỉ vì lý do kích thước quá lớn mà côn

do nồng độ của chúng quá cao Vì vậy trên cơ sở thỏa mãn điều kiện (3-14), trong đó VkỊ xác định theo (3-17), chúng ta cần kiểm tra bổ sung về điêu kiện :

Trong đó : øo - số lượng chất lơ lửng trong đơn vị thể tích của đồng chây, ta

gọi ở đây là nồng độ nước thải ;

pk - nồng độ phân giới của dòng chảy ; trị số của nó là hàm số của các yếu

tố thủy lực và các yếu tố đặc trưng cho thành phần cặn lắng

Trong thực tế tính toán thủy lực mạng lưới thoát nước, người ta quy định tốc

độ tối thiểu bằng hoặc lớn hơn tốc độ không lắng áp dụng cho các loại cống như

Đề được tốc độ không lắng, nói chung trong một số trường hợp phải tăng tốc

độ của cống lên Nhưng trong thiết kế có những trường hợp (nhất là những đoạn

cống ở đầu mạng lưới, cống trong tiểu khu hay sân nhà), nếu tăng tốc độ sẽ tăng chiều sâu chôn cống và làm tăng giá thành xây dựng lên một cách đáng kể Trong những trường hợp như vậy thường căn cứ vào độ dốc tối thiểu Độ dốc tối thiểu

là độ đốc mà khi ta tăng lưu lượng đạt mức độ đầy tối đa thì sẽ đạt được tốc độ không lắng của dòng chảy, Độ dốc tối thiểu Imin ti lệ nghịch với đường kính của cống (công thức kinh nghiệm) :

Nếu thay tốc độ V ở công thức (#11) bằng tốc độ tối thiểu có thể xác định,

được giá trị của độ đốc tối thiểu, nhưng tính toán phức tạp và khó khăn

Ví dụ 7: Xác định độ dốc tối thiểu cho cống bê tông d = 400mm với độ đầy lấy bằng 0,ð

Sử dụng công thức của giáo sư N F Phêđôrộp :

3.7, Bang s6, toán đồ và đồ giải để tính toán thủy lực mạng lưới thoát nước

Từ hai công thức q = wv va V = C VRÏ, khi tính toán chỉ mới biết được lưu lượng, còn ba giá trị chưa biết là V, w va I, do đó ta không thể giải được mà phải

tiến hành với tính toán lựa chọn hợp lý dần Để tiện lợi người ta lập sẵn các bảng

tính toán, các biểu đổ và đồ giải để sử dụng trong khi thiết kế

Trong các bảng số, ứng với mỗi đường kính d (hoặc kích thước kênh mương)

và độ dốc ¡ được dẫn ra các thông số về lưu lượng q, tốc độ v với độ đầy từ 0,05 đến 1d Dựa theo lưu lượng q và độ dốc địa hình, đồng thời với độ đẩy lựa chọn

h/d, ta chọn đường kính cống cần thiết, sau đó chọn ¡ và xác định v

Nhược điểm của cách tính theo bảng số là cần thực hiện nội suy khi xác định

độ đẩy, độ đốc và tốc độ

Ví dụ 2 :

1) Với lưu lượng tính toán bằng 18,4ð //s, chọn đường kính cống d = 200mm

với độ đốc tối thiểu ¡ = 0,005 và độ đây giới hạn 2 = 0,6 không thể tải nổi Do

vậy ta chuyển qua đường kính sau, đ = 2ð0mm (bảng tính của A A Lukhinức),

i = 0,004 Với độ dốc ¡ = 0,004 ta thực hiện phép nội suy để xác định tốc độ và

độ đầy

18,46 — 176 _ v= 0,72 + (0,75 - 0,72) x Soria = 0,78 mis

2) Với lưu lượng 24,48 le, cổng với đường kính d = 250, i = 0,004 và độ đây

h/d = 0,6 không thể tải được Dựa theo bảng tính của A A Lukinức ta chọn

đường kính d = 300 và xác định độ đốc ¡ = 0,0035 gần với độ đốc tối thiểu

- Mối loại đường kính cống có một toán đồ ;

- Toán đỏ thành lập trên tọa độ lôga ;

- Trên mỗi toán đồ (cho mối loại đ) thể hiện 4 yếu tố liên quan : q, i, v và h/d Khi cho trước hai yếu tố sẽ tìm được hai yếu tố khác

Nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là mối đường kính cổng có một toán đổ riêng biệt

Tiện lợi hơn là sử dụng đồ giải được lập trên tọa độ song song theo phương pháp "điểm vuốt phẳng", (Hình 3-6)

tưu lượng Q (ia)

Hình 3-5 : Toán đồ tỉnh toán thủy lực cổng thoót nước D = 250mm