CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ QUẢN LÝ MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC ĐÔ THỊ TRÊN THẾ GIỚI, VIỆT NAM VÀ ĐÔ THỊ TRUNG TÂM THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG 1.1 Tổng quan về quản lý MLTN trên thế giới và Việt Nam 1.1 Tổng quan về quản lý MLTN trên thế giới Mạng lưới thoát nước là một phần không thể thiếu của thành phố hiện đại, chức năng chính của MLTN là vận chuyển nước thải đô thị đến các nhà máy XLNT để xử lý. Hoạt động đời sống bình thường của người dân đô thị phụ thuộc vào độ tin cậy và khả năng quản lý, vận hành của các Công ty thoát nước. Một thay đổi lớn cho sự phát triển của ngành, đó là các phát minh tính toán thủy lực, các cơ sở dữ liệu biên soạn tiêu chuẩn thiết kế và các mô hình cấu tạo mạng lưới, v.
đã được thiết lập. Phần lớn các thành công này là từ kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học, như: Pavlovsky N. Trong quá trình vận hành, MLTN có thể bị tắc nghẽn, việc loại bỏ tắc nghẽn trong khi đô thị phát triển phức tạp cần chi phí khá lớn, nên việc vận hành tốt MLTN bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố và gây chậm trễ trong quá trình bảo trì, sửa chữa. Điều này dẫn đến tình trạng MLTN ngày càng xuống cấp, dễ gây ô nhiễm môi trường.
Vì vậy, vấn đề độ bền và độ tin cậy của các công trình MLTN được đặc biệt quan tâm. Trong tài liệu QHĐT, HTKT đô thị (bao gồm cả MLTN) là một phần của sự phát triển đô thị. Nên, tuổi thọ của chúng cần phải ngang bằng với các tòa nhà hoặc công trình bên trên. Đối với mỗi dự án, mỗi tòa nhà sẽ có suất đầu tư khác nhau, tuổi thọ của chúng thường là 50, 75, 100 năm hoặc hơn, còn tuổi thọ thiết kế các MLTN chỉ từ 20÷50 năm là chưa hợp lý.
Xem hồ sơ thiết kế, tuổi thọ MLTN ghi trong các tài liệu chỉ dẫn kỹ thuật chỉ từ 10÷25 năm.A [69], có gợi ý tuổi thọ của MLTN liên quan đến vật liệu sử dụng xây dựng. Điều quan trọng là phải biết đặc tính của các loại vật liệu thiết kế thì mới xác định được độ bền của MLTN. Các thông số đặc trưng cho độ tin cậy của MLTN là: Tuổi thọ và Tần suất tắc nghẽn theo thời gian.A, độ bền MLTN phụ thuộc vào độ bền của ống cống, kết cấu xây dựng đường ống, chất lượng gia công mối nối thiết kế, loại nước thải thu gom, hệ thống thông gió, độ sâu đặt ống, độ dốc đường ống. Tần suất tắc nghẽn phụ thuộc vào mức độ làm đầy, vận tốc dòng chảy nước thải, đường kính ống, độ pH của nước và thành phần hóa học của nước thải thu gom [63], [76].
Trong 60 năm qua, giải thích về nguyên nhân MLTN có độ tin cậy thấp, độ bền luan an 9 thấp đã được đề cập tại 3 nghiên cứu: i) Cuối những năm 30 (Obukhov E.); ii) Cuối những năm 50 (Molokov M.); và, iii) Những năm 80 (Abramovich I. Tuy nhiên, trong các nghiên cứu này, các công bố đều dẫn đến việc nhận thức chung về độ tin cậy của MLTN, nhưng không có ước tính định lượng về độ tin cậy này để xác định ra giá trị tuổi thọ thực, giới hạn thời gian phục vụ của MLTN.N và một số người khác đã nghiên cứu, đã thiết lập các sự cố MLTN phụ thuộc vào chất lượng vật liệu và đường kính của ống, các kết quả nghiên cứu này cho thấy: Độ bền vật liệu tăng lên thì độ bền của cống cũng tăng theo, điều đó làm cho tuổi thọ của MLTN tăng đáng kể từ vài năm, vài chục năm, thậm chí đến cả trăm năm. Điều này cho thấy, nếu xét cả đến các yếu tố tiêu cực trong xây dựng và thiết kế MLTN, thì tuổi thọ của MLTN sẽ phù hợp với tuổi thọ của công trình bên trên. Các nhà nghiên cứu những năm 30, 50, 80 phân tích, nếu không tăng tuổi thọ vật liệu làm ống cống mà chỉ cải thiện về chất lượng thi công xây dựng, thì độ tin cậy MLTN và độ bền tăng không đáng kể.
Từ nghiên cứu, thực tiễn và kinh nghiệm cho thấy: Cần nghiên cứu sử dụng các vật liệu mới tốt hơn (ví dụ như việc sử dụng xi măng sulfate sẽ chống lại sự ăn mòn đường ống do khí sinh ra) và cũng cần biên soạn các tài liệu kỹ thuật, các tiêu chuẩn kỹ thuật để nâng cao chất lượng NLTN. Trong 10÷15 năm qua trên thế giới, đã tiến hành nghiên cứu rất tích cực về ăn mòn do khí trong đường ống. Kết quả cho thấy các tác nhân gây ăn mòn do có chứa oxy trong môi trường đường ống: hydrogen sulfide, carbon dioxide, methane, ammonia, cặp axetylen, benzen, ete, benzen, dầu nhiên liệu, toluene, oxit nitơ và v., thường là hydrogen sulfide trong không khí của đường ống là yếu tố chính gây ăn mòn. Quá trình hình thành sulfua hydro trong MLTN là một kết quả phức tạp của các phản ứng hóa học và sinh hóa.
Đối với nước thải, sự chuyển hóa trong đường ống thoát nước là đặc trưng bởi các quá trình thối rữa. Trong điều kiện kỵ khí dẫn đến sự phát triển các chu kỳ vi khuẩn trong môi trường đường ống. Một số chuyên gia cho rằng, chúng chủ yếu phát triển trong khoảng trống không gian không ngập nước của thành đường ống và vòm ống cống. Theo các nguồn tài liệu khác nói rằng, các lớp bùn cặn tích tụ trong đáy ống và trong chất nhầy dưới nước là môi trường thích hợp cho vi khuẩn phát triển.
Theo các tác giả [58], [76], [79], sun-phua sinh ra bởi vi khuẩn từ các chất hữu cơ trong quá trình chuyển hóa sulfate trong hydrogen sulfide. Giá trị BOD xác định từ số lượng hydrogen sulfide và khi pH = 5,5 ÷ 8,5 với nhiệt độ từ 150 ÷ 380C, đồng thời nó phụ thuộc lớn vào tốc độ chảy nước thải. Các nhà nghiên cứu [55], [67], đề xuất tính toán tốc độ hình thành sulfide trong các đường ống áp lực và tự chảy. Tính toán được xác định từ kích thước hình học của luan an 10 các đường ống (đường kính và chiều dài của chúng) và các thông số vật lý và hóa học (thời gian, nhiệt độ và tốc độ của nước, các hàm lượng sulfide và hữu cơ).
Tuy nhiên, những mối quan hệ tính toán không có giá trị thực tiễn, vì các kết quả tính toán thu được không phù hợp với các dữ liệu thực tế. Mặt khác, tính toán các yếu tố bổ sung này cho phép lập một mô hình toán học để dự đoán sự hình thành hydrogen sulfide trong các MLTN. Kết quản dự đoán từ mô hình toán học này so sánh với các kết quả kết quả nghiên cứu lý thuyết của các nhà khoa học khác [65], cho thấy việc cấu tạo các đường ống thoát nước nhằm nâng cao tuổi thọ của chúng: Giảm độ dài của đường ống dẫn và thời gian lưu của nước thải trong ống, tức là xác định vận tốc chuyển động của nước thải để loại bỏ sự tự hoại tại các hầm chứa; làm giảm dòng chảy rối tại các mối nối đường ống áp lực đến mạng lưới cống tự chảy; bơm nước thải lên độ cao thấp bằng bơm hút, tính toán sao cho chu kỳ làm ướt toàn bộ bề mặt của cống. Giải quyết các vấn đề này một cách thiết thực để giảm sự ăn mòn của bê tông đang diễn ra dưới tác động của sunfua hydro hoặc axit sulfuric.
Bảo vệ chống ăn mòn có thể đi theo nhiều hướng khác nhau [73]: Để ngăn chặn hoặc giảm thiểu sự hình thành của hydrogen sulfide; để giảm thiểu quá trình oxy hóa của hydro sulfide thành axit sunfuric; lựa chọn các vật liệu xây dựng và các lớp phủ có khả năng kháng axit, hóa lỏng môi trường khí trong cống bằng thông gió cưỡng bức. Pekarova, nên sử dụng các lớp phủ bảo vệ bên trong cống bê tông, mà theo các số liệu này kinh tế hơn việc sử dụng các vật liệu khác để sản xuất ra chúng [74]. Thành phần hóa học của nước ngầm cũng xác định được mức độ ăn mòn của chúng với các ống bê tông và kiểu kết cấu chống ăn mòn. Okun [60] bổ sung, các tác động vào lớp phủ bảo vệ bên trong cống ảnh hưởng lớn đến độ bền của cấu trúc, nghiên cứu cho thấy: Đối với các nước công nghiệp phát triển, nơi có chi phí lao động cao so với chi phí vật liệu, nó sẽ làm cho chi phí vốn đầu tư cao hợp lý.
Trường hợp này, người ta sẽ sử dụng ống đắt tiền, như hiệu quả của việc sử dụng ống làm bằng polymer và vật liệu polymer, đồng thời bị kiểm soát bằng các tiêu chuẩn thương ứng. Nghiên cứu trong chuyên ngành vật liệu polymer, polymer bê tông do Ivanov F.M và người khác [70], được phát triển dựa trên công nghệ chế tạo tiên tiến, có chi phí và tuổi thọ cao. Tuy nhiên, việc sử dụng rộng rãi các sản phẩm này cho các công trình MLTN bị cản trở bởi các quy định, văn bản quy phạm, thiếu pháp lý, không có tiêu chuẩn thiết kế và kiểm tra, nghiệm thu, v. Qua thử nghiệm và kinh nghiệm sử dụng vật liệu mới cho thấy giải pháp công nghệ có tính hiệu quả cao.
Đồng thời, sự đa luan an 11 dạng của các vật liệu sử dụng trong nước không thua kém nước ngoài, gồm: Kremnebeton, pressbeton, gốm, sợi thủy tinh, ống nhựa và thành phần epoxy. Việc sử dụng các hợp chất bi-ô-xít trong lớp phủ và bê tông nhựa katapina (diệt khuẩn), muối kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ, v. ở liều lượng mà không làm suy giảm chất lượng của vật liệu xây dựng, chúng chỉ có tác dụng trong các điều kiện môi trường ăn mòn yếu. Do đó, cách phổ biến nhất, kinh tế nhất để tăng độ bền MLTN là sử dụng mạng thông gió.
Đây là cách đơn giản, dễ làm nhất để bảo vệ MLTN. Nhưng nếu nghiên cứu sâu hơn thì cách này gây ảnh hưởng đến môi trường đô thị vì nó phát tán mùi. Trong một số trường hợp, nó gây nguy hiểm cho môi trường xung quanh (nó xả vào khí quyển các khí độc hại và các vi sinh vật gây bệnh). Như vậy, liên quan đến sự ăn mòn của chính các cống thu gom, vấn đề độ bền đã vượt ra khỏi tính toán ban đầu của MLTN.
Có hai cách thông gió cho MLTN: Thông gió tự nhiên và thông gió cưỡng bức. Thông gió tự nhiên đạt hiệu quản theo mùa, còn thông gió cưỡng bức sẽ tiêu tốn nhiều năng lượng và có thể làm phá vỡ các dòng chảy bình thường của nước. Đôi khi, nếu tốc độ không khí chỉ bằng hoặc lớn hơn tốc độ dòng chảy của nước, nó phá hỏng chế độ thủy lực.