Bài giảng: THOÁT NƯỚC SINH HOẠT & CÔNG NGHIÊP Chương 2: MẠNG LƯỚI VÀ CÔNG TRÌNH TRÊN MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC 2. ĐẶC TÍNH THỦY LỰC 2.1 Đặc điểm chuyển động của nước thải trong mạng lưới Trong quá trình chuyển động của nước thải, cặn sẽ lắng lại trong cống. Đây là hiện tượng phức tạp của thủy lực và là vấn đề bất lợi cho công tác quản lý. Tùy theo quan hệ giữa cặn lắng và dòng chảy có thể xảy ra các trường hợp sau: - Nếu lượng chất không hòa tan nhỏ hơn khả năng chuyển tải của dòng chảy, thì cặn không bị lắng lại, hoặc các cặn đã bị rơi xuống cũng sẽ bị cuốn theo dưới dạng làn sóng.
- Nếu lượng chất không hòa tan cân bằng với khả năng chuyển tải của dòng chảy, thì cặn sẽ dịch chuyển dưới dạng làn sóng. - Nếu lượng chất không hòa tan lớn hơn khả năng chuyển tải của dòng chảy, thì cặn bị lắng lại và hiện tượng đó cứ tiếp tục đến chừng nào lượng cặn trong nước thải chưa cân bằng với khả năng chuyển tải của dòng chảy 1 2 3 Hình 2-1: Sơ đồ cấu trúc dòng chẩy 1- Khoảng trống; 2- Nước thải; 3- Cặn lắng 27 Bài giảng: THOÁT NƯỚC SINH HOẠT & CÔNG NGHIÊP 2.2 Các tiết diện ống, cống và đặc tính thủy lực Trong thực tế có nhiều loại tiết diện ống- cống. Việc lựa chọn tiết diện căn cứ vào điều kiện cụ thể từng nơi, xuất phát từ các yêu cầu: - Có khả năng chuyển tải lớn nhất - Có độ bền tốt dưới tác động của tải trọng động và tĩnh - Giá thành xây dựng trên 1 m dài là nhỏ nhất - Thuận tiện trong quản lý (cọ rửa cống.) Đặc tính thuỷ lực tốt nhất của các tiết diện cống được xác định bằng khả năng chuyển tải lớn nhất khi đặt cùng 1 độ nghiêng và diện tích tiết diện ướt bằng nhau. Do đó cống có tiết diện tròn là tốt nhất vì khả năng chuyển tải lớn, độ bền vững tốt và phương pháp sản xuất cũng dễ hoàn thiện.
Được dùng tới 90%. 0,5R R 2R H 2R R R (a) (b) h h b b (c) (d) 28 Bài giảng: THOÁT NƯỚC SINH HOẠT & CÔNG NGHIÊP h H h (e) (f) b Hình 2-2: Tiết diện ống, cống thoát nước.3 Các công thức tính toán thuỷ lực mạng lưới: bao gồm việc xác định đường kính cống, độ dốc, độ dày và tốc độ nước chảy. Dùng công thức của dòng chảy ổn định và đều * Công thức lưu lượng: Q =.v * Công thức tính vận tốc: v = C RI Trong đó: Q: lưu lượng nước thải (m3/s) v: vận tốc nước chảy (m/s) a: diện tích tiết diện ướt (m2) R: bán kính thuỷ lực R =/X X: chu vi ướt I: Độ dốc thuỷ lực, lấy bằng độ dốc cống .2g Trong đó: g: gia tốc trọng trường (m/s2) : hệ số ma sát dọc đường 1 e a 2 lg 2 13,68R R e Trong đó: * c: độ nhám tương đương (cm) 29 Bài giảng: THOÁT NƯỚC SINH HOẠT & CÔNG NGHIÊP * a2: hệ số tính đến đặc tính của độ nhám thành cống và thành phần vật chất lơ lửng của nước thải. 4vR Re = - hệ số Rênol, đặc trưng cho chế độ dòng chảy * C: hệ số sêdi- hệ số tính đến ảnh hưởng của chế độ nhám trên bề mặt trong của ống, hình thức tiết diện ống và thành phần, tính chất nước thải C = Ry/n Trong đó: y: chỉ số mũ phụ thuộc vào độ nhám, hình dáng và kích thước ống y = 2,5 n - 0,13 - 0,75( n -0,1) khi d 4000m thì n = 0,013 và y = 1/6 * Giá trị e, a2 và n có thể lấy theo bảng sau: Bảng 2-`1: Bảng xác định e, a2, n Ông, kênh, máng e a2 n Sành 1,35 90 0,013 Bê tông và bê tông cốt thép 2 100 0,014 Xi măng amiăng 0,6 73 0,012 Gang 1 83 0,013 Thép 0,8 79 0,012 Bê tông và bê tông cốt thép trát nhẵn thành 0,8 50 0,013 Bê tông trát vữa mạt sắt 0,5 70 0,013 Gạch 3,15 110 0,015 2.
Tổn thất cục bộ trong mạng lưới thoát nước Tổn thất cục bộ trong mạng lưới thoát nước xảy ra tại các nơi như: giếng chuyển hướng dòng chảy, giếng nối cống nhánh với cống chính, giếng chuyển bậc.Tổn thất cục bộ thường gây ra hiện hượng dềnh nước là hiện tượng không cho phép trong cống thoát nước tự chảy. 30 Bài giảng: THOÁT NƯỚC SINH HOẠT & CÔNG NGHIÊP Tổn thất cục bộ xác định theo công thức: v2 hcb = . (m) 2g Trong đó: - là hệ số kháng cục bộ, lấy theo bảng 2-2 Bảng 2-2: Hệ số kháng cục bộ Vị trí gây tổn thất cục bộ -Cửa thu nước vào kênh 0,1 -Cửa thu nước vào ống gờ nhọn 0,5 -Cửa thu nước vào ống dưới mực nước 1,0 -Van khóa với độ mở +Hoàn toàn 0,05 +3/4 0,26 +1/2 2,06 -Van 1 chiều 5 -Khuỷu ống 900, d100-d1000 0,39-0,5 2. Đường kính tối thiểu, dmin và độ đầy tối đa (h/D) a).
Đường kính tối thiểu Theo tiêu chuẩn TCVN7957-2008: - Ống trong sân nhà, ống dẫn nước thải sản xuất: dmin = 150 mm - Ống dẫn nước thải sinh hoạt đặt ở đường phố: dmin =200mm, mạng lưới tiểu khu dmin = 150 mm - Ống nước mưa: đặt trong sân dmin = 200mm, đặt ngoài phố dmin = 400m - Ống nước chung: đặt trong sân dmin = 200mm, đặt ngoài phố dmin = 400m - Ống dẫn bùn có áp dmin = 150mm b). Độ đầy tối đa: (h/D) 31 Bài giảng: THOÁT NƯỚC SINH HOẠT & CÔNG NGHIÊP Theo TCVN 7957-2008. Bảng 2-3: Độ đầy tối đa cho phép: D(mm) 200-300 350-450 500-900 >900 hmax/D 0,6 0,7 0,75 0,8 Lưu ý:- Với mương có chiều cao H 09m và tiết diện ngang bất kỳ thì h/D 0,8 - Với cống thoát nước mưa và thoát nước chung thì h/D max = 1 2. Vận tốc tính toán và độ dốc tối thiểu: a).
Vận tốc tính toán Vận tốc tính toán phụ thuộc thành phần và độ thô các hạt lơ lửng có trong nước thải, vào bán kính thuỷ lực R và độ dày của ống. Khi tính toán vận tốc nước chảy trong ống phải đảm bảo: vmin vtt vmax (m/s) Trong đó: - Vmin: Vận tốc nhỏ nhất không gây ra lắng đọng trong ống (m/s) - bảng 2-4 Bảng 2-4: Vận tốc tối thiểu Vmin: D(mm) 150-250 300-400 450-500 600-800 900-1200 >1300-1500 vmin(m/s) 0,7 0,8 0,9 1 1,15 1,3 - Vmax: Vận tốc lớn nhất không gây hư hỏng cho ống: + Ống phi kim loại: 4m/s + Ống kim loại: 8m/s b). Độ dốc tối thiểu imin Độ dốc tối thiểu chọn trên cơ sở đảm bảo vận tốc tối thiểu. Ngoài ra còn phụ thuộc đường kính ống.
Đối với ống cống thoát nước sinh hoạt xác định gần đúng i = 1/D. Trong đó: D là đường kính – D (mm) Bảng 2-5: Độ dốc tối thiểu imin : D [mm] 150 200 300 400 600 800 1000 1200 imin 0,008 0,005 0,004 0,0025 0,002 0,016 0,014 0,012 32 Bài giảng: THOÁT NƯỚC SINH HOẠT & CÔNG NGHIÊP 2.2 THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC 2. Các bộ phận của sơ đồ thoát nước a). Hệ thống thoát nước bên trong nhà Hệ thống thoát nước bên trong nhà có nhiệm vụ thu tất cả các lại nước thải, kể cả rác và nước mưa trên mái nhà để đưa ra mạng lưới thoát nước bên ngoài.
Trong một số trường hợp cần thiết phải xử lý cục bộ nước thải trong nhà trước khi đưa ra mạng lưới thoát nước bên ngoài Hệ thống thoát nước bên trong nhà bao gồm các bộ phận: - Thiết bị thu nước thải như hố xí, âu tiểu, chậu rửa, chậu giặt. - Mạng lưới dẫn nước thải bên trong nhà gồm ống đứng, ống nhánh, ống xả. 33 Bài giảng: THOÁT NƯỚC SINH HOẠT & CÔNG NGHIÊP b). Mạng lưới thoát nước đô thị (ngoài đường phố) gồm - Mạng lưới thoát nước sân nhà, tiểu khu: dùng để thu nhận nước thải trong nhà từ các ngôi nhà của tiểu khu và vận chuyển ra mạng lưới ngoài phố.
- Mạng lưới thoát nước xí nghiệp công nghiệp - Mạng lưới thoát nước đường phố gồm nhiều đường ống, bao trùm những lưu vực rộng lớn, nước được vận chuyển tự chảy hoặc bơm. Các trạm bơm và ống dẫn có áp (nếu cần) Vì lý do địa hình và kinh tế kỹ thuật, nước thải không thể cho tự chảy thì phải cho trạm bơm chuyển lên cao, giảm độ sâu chôn ống. - Trạm bơm cục bộ phục vụ cho 1 vài ngôi nhà hoặc xí nghiệp công nghiệp. - Trạm bơm chuyển tiếp xây dựng khi cần phải chuyển tiếp tiếp nước từ nơi này đến nơi khác.
- Trạm bơm chính dùng để bơm toàn bộ nước thải của đô thị đưa lên công trình xử lý. Các công trình làm sạch (bao gồm cả các công trình xử lý, chế biến cặn) và các cống miệng hay miệng xả nước đã làm sạch vào miệng tiếp nhận. Các sơ đồ mạng lưới thoát nước: Mạng lưới thoát nước làm việc theo nguyên tắc tự chảy do đó sơ đồ mạng lưới thoát nước phụ thuộc chủ yếu vào địa hình, vị trí sông hồ, điều kiện đất đai, mực nước ngầm. Sơ đồ vuông góc Các đường ống góp từng lưu vực xây dựng vuông góc với dòng chảy của sông.
Nước mưa chảy thẳng ra sông, không qua làm sạch Sông Hình 2-4: Sơ đồ mạng lưới vuông góc 34 Bài giảng: THOÁT NƯỚC SINH HOẠT & CÔNG NGHIÊP Áp dụng: những nơi có độ dốc nghiêng về hướng sông để thải nước mưa và nước thải sản xuất quy ước sạch. Sơ đồ cắt nhau: ống góp lưu vực ống chính Sông Hình 2-5: Sơ đồ mạng lưới cắt nhau Đặc điểm: Các đường ống góp từng lưu vực đặt vuông góc dòng chảy của sông và nối với đường ống chính đặt theo sông. Áp dụng: địa hình khu vực thoát nước xuôi về hướng sông và cần thiết làm sạch tất cả các loại nước thải. Sơ đồ song song: Các đường ống của từng lưu vực đặt song song với nhau và song song với dòng chảy của sông.
Đường cống chính vuông góc sông ống từng lưu vực ống chính Sông Hình 2-6: Sơ đồ mạng song song 35 Bài giảng: THOÁT NƯỚC SINH HOẠT & CÔNG NGHIÊP Áp dụng: Độ dốc của sông nhỏ nhưng độ dốc của thành phố về phía sông lại lớn. Sơ đồ phân vùng: Áp dụng khi thành phố có nhiều khu vực có địa hình chênh lệch lớn. Mỗi 1 khu vực có sơ đồ tương tự sơ đồ cắt nhau. Nước thải ở khu vực trên tự chảy đến công trình làm sạch, còn khu vực dưới phải bơm lên cống chính của khu vực rồi đưa về trạm làm sạch.
Hình 2-7: Sơ đồ phân vùng f). Sơ đồ phân ly: áp dụng cho các thành phố lớn hoặc thành phố có địa hình phức tạp.