Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Bảo vệ môi trường và kiểm soát ô nhiễm nguồn nước là yêu cầu cấp thiết trong quá trình đô thị hóa và phát triển công nghiệp tại Việt Nam. Tại thành phố Thái Nguyên (tỉnh Thái Nguyên), hiện trạng hạ tầng đô thị tại thời điểm nghiên cứu chưa có bất kỳ hệ thống thoát nước hoàn chỉnh nào, trong khi thành phố đang tiếp nhận nhiều dự án phát triển công nghiệp và mở rộng không gian đô thị. Việc nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất chưa qua xử lý xả thẳng vào môi trường tự nhiên đặt ra yêu cầu cấp bách phải quy hoạch, thiết kế một hệ thống thu gom và xử lý nước thải đạt các tiêu chuẩn môi trường hiện hành trước khi xả ra nguồn tiếp nhận.
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống thoát nước và xử lý nước thải thành phố TN" do sinh viên Nguyễn Long Giang thực hiện tại Khoa Cơ Điện Và Công Trình - Trường Đại học Lâm nghiệp (dưới sự hướng dẫn của ThS. Phạm Duy Đông, Bộ môn Cấp Thoát Nước - Môi Trường Nước, Trường Đại học Xây dựng, hoàn thành ngày 15/05/2012) tập trung giải quyết các mục tiêu và nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể:
- Khảo sát, tổng hợp điều kiện tự nhiên, địa hình, khí hậu, địa chất thủy văn và hiện trạng kinh tế - xã hội của thành phố Thái Nguyên phục vụ tính toán kỹ thuật.
- Xác định các chỉ tiêu và tính toán lưu lượng nước thải phát sinh từ khu dân cư, công trình công cộng (trường học, bệnh viện) và các khu công nghiệp theo các giai đoạn quy hoạch đến năm 2020.
- Phân tích ưu nhược điểm của các loại hình hệ thống thoát nước (hệ thống chung, hệ thống riêng, hệ thống nửa riêng) để lựa chọn giải pháp thoát nước tối ưu và vạch tuyến mạng lưới thoát nước cho đô thị.
- Tính toán thủy lực chi tiết mạng lưới cống thoát nước sinh hoạt, xác định độ dốc, đường kính ống, vận tốc dòng chảy, độ sâu chôn cống ban đầu và vị trí bố trí công trình phụ trợ (giếng rửa, trạm bơm chuyển bậc).
- Kiểm tra khả năng tự chảy và khớp nối thủy lực tại các điểm giao cắt giữa tuyến cống nhánh kiểm tra và tuyến cống chính dẫn về trạm xử lý nước thải tập trung.
Đối tượng nghiên cứu của đồ án là hệ thống mạng lưới thu gom và trạm xử lý nước thải sinh hoạt kết hợp nước thải sản xuất của đô thị. Phạm vi không gian nghiên cứu bao gồm hai phân khu quy hoạch chính của thành phố Thái Nguyên với tổng diện tích xây dựng 835,672 ha (Khu vực I có diện tích 342,144 ha; Khu vực II có diện tích 493,528 ha) cùng hai khu công nghiệp tập trung (Khu công nghiệp I và Khu công nghiệp II). Phạm vi thời gian tính toán quy hoạch hệ thống thoát nước được xác định đến năm 2020, dựa trên các tài liệu khí tượng thủy văn nhiều năm và bản đồ quy hoạch thị xã đến năm 2030.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính toán
Đồ án vận dụng các tiêu chuẩn thiết kế chuyên ngành hạ tầng kỹ thuật cấp thoát nước, các công thức giải tích thủy lực mạng lưới cống tự chảy và phần mềm chuyên dụng:
- Tiêu chuẩn quy phạm kỹ thuật: Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7957 (tiêu chuẩn thiết kế mạng lưới thoát nước và công trình bên ngoài) được sử dụng để tra cứu tiêu chuẩn dùng nước, tỷ lệ học sinh, hệ số không điều hòa chung ($K_{ch}$) và hệ số không điều hòa giờ ($K_h$).
- Khung lý thuyết và công thức tính toán:
- Dự báo dân số tính toán theo diện tích và mật độ: $N = F \times n \times \varphi$, với $F$ là diện tích khu vực (ha), $n$ là mật độ dân số (người/ha), $\varphi$ là hệ số xây dựng xen kẽ.
- Lưu lượng nước thải sinh hoạt trung bình ngày: $Q_{ng}^{tb} = \frac{N \times q_0}{1000}$ ($m^3/\text{ngày đêm}$), với $q_0$ là tiêu chuẩn thải nước ($l/\text{người.ngày đêm}$).
- Lưu lượng giây lớn nhất: $q_s^{max} = q_s^{tb} \times K_{ch}$ ($l/s$).
- Lưu lượng riêng của từng lưu vực thoát nước khi lưu lượng công cộng $Q_{cc} > 5% Q_{sh}$: $q_r = \frac{Q_{ngay}^{TB} - Q_{cc}}{86400 \times F} \times 1000$ ($l/s.ha$).
- Công thức tính độ sâu chôn cống đầu tiên: $H = h + iL + (Z_2 - Z_1) + d$ ($m$), với $h$ là độ sâu đặt cống ban đầu trong sân nhà ($0,4$ m), $i$ là độ dốc cống, $L$ là chiều dài đoạn cống, $Z_2$ và $Z_1$ là cốt mặt đất tại giếng thăm đầu và cuối, $d$ là độ chênh cao trình đáy cống ($0,05$ m).
- Phần mềm ứng dụng: Phần mềm thủy lực Hwase của tác giả Nguyễn Hữu Hòa (Trường Đại học Xây dựng) được sử dụng để lập bảng tính toán thủy lực cho toàn bộ các phân đoạn mạng lưới cống.
- Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp thống kê - phân tích số liệu địa chất, khí tượng, thủy văn; phương pháp tính toán giải tích thủy lực mạng lưới thoát nước đô thị; phương pháp so sánh kinh tế - kỹ thuật lựa chọn phương án tuyến và hệ thống thoát nước; phương pháp mô phỏng tính toán trên máy tính.
- Nguồn dữ liệu: Bản đồ quy hoạch không gian thành phố TN (tỷ lệ thể hiện tại bản vẽ số 1 và số 2); chuỗi số liệu khí hậu - thủy văn trạm Thái Nguyên từ năm 1959; tài liệu khảo sát địa chất công trình 4 lớp địa tầng; số liệu điều tra hiện trạng 688 căn nhà ở và hiện trạng hai khu công nghiệp.
Thiết kế kỹ thuật và giải pháp công trình
Trên cơ sở đánh giá điều kiện tự nhiên có địa hình dốc về phía Nam, có sông chảy qua và hồ điều hòa cạnh sông, tác giả đã tiến hành so sánh kinh tế - kỹ thuật giữa ba mô hình thoát nước để xác định giải pháp phù hợp:
| Loại hệ thống |
Ưu điểm theo phân tích của tác giả |
Nhược điểm theo phân tích của tác giả |
Đánh giá lựa chọn |
| Hệ thống chung |
Đảm bảo vệ sinh do toàn bộ nước thải và nước mưa đợt đầu được xử lý; tiết kiệm $30 - 40%$ chiều dài cống và $15 - 20%$ chi phí quản lý ở khu nhà cao tầng. |
Chế độ thủy lực không ổn định; mùa khô cống không đạt độ đầy và vận tốc tối thiểu gây lắng cặn; kích thước cống và trạm xử lý quá lớn; vốn đầu tư ban đầu cao. |
Không chọn |
| Hệ thống nửa riêng |
Về mặt vệ sinh tốt hơn hệ thống riêng vì giữ lại nước mưa đợt đầu mang chất bẩn không xả trực tiếp ra nguồn. |
Vốn đầu tư xây dựng ban đầu rất cao do phải xây song song hai mạng lưới; giếng tách nước mưa phức tạp, khó vận hành tối ưu. |
Không chọn |
| Hệ thống riêng hoàn toàn |
Vốn đầu tư ban đầu phân kỳ thuận lợi; chế độ làm việc thủy lực của hệ thống cống và trạm xử lý ổn định; quản lý vận hành hiệu quả. |
Nước mưa xả trực tiếp ra nguồn tiếp nhận giai đoạn đầu có thể gây quá tải chất bẩn cục bộ cho sông; tồn tại hai mạng lưới cống song song. |
Được chọn |
Hệ thống thoát nước riêng được thiết kế gồm hai mạng lưới độc lập:
- Mạng lưới thoát nước bẩn: Thu gom toàn bộ nước thải sinh hoạt đô thị, nước thải công trình công cộng và nước thải sản xuất từ hai khu công nghiệp dẫn về một trạm xử lý nước thải tập trung đặt tại hạ lưu phía Nam thành phố. Nước sau trạm xử lý đạt tiêu chuẩn sẽ được dẫn vào kênh phục vụ tưới tiêu nông nghiệp (xử lý bậc 3).
- Mạng lưới thoát nước mưa: Thu gom nước mưa đô thị xả trực tiếp ra sông tự nhiên; trên hệ thống bố trí các hố thu có ngăn tách cát và song chắn rác để hạn chế bùn đất, rác thải trôi xuống sông.
Các giải pháp kỹ thuật bổ trợ trên mạng lưới thoát nước bẩn gồm:
- Quy định đường kính ống tối thiểu $D = 250$ mm cho các đoạn cống khởi đầu mạng lưới. Tại các đoạn cống này, do lưu lượng nhỏ không đạt vận tốc tự làm sạch tối thiểu ($v \ge 0,7$ m/s), thiết kế bố trí thêm các giếng tẩy rửa định kỳ để chống lắng cặn.
- Bố trí các trạm bơm chuyển bậc tại những phân đoạn cống có độ sâu chôn ống vượt quá giới hạn kỹ thuật và kinh tế cho phép ($H > 6 - 8$ m) nhằm giảm chiều sâu đào đắp và hạ giá thành xây dựng.
Nội dung chính theo từng chương
Chương I: Tổng quan về điều kiện tự nhiên, hiện trạng kinh tế-xã hội và cơ sở hạ tầng
Chương I hệ thống hóa toàn bộ các thông số hiện trạng tự nhiên và kỹ thuật của khu vực nghiên cứu:
- Vị trí địa lý và giao thông: Thái Nguyên là tỉnh miền núi, trung du, tọa độ từ $20^\circ 20'$ đến $22^\circ 03'$ vĩ Bắc và $105^\circ 25'$ đến $106^\circ 16'$ kinh Đông, cách Hà Nội 80,4 km về phía Bắc. Diện tích tự nhiên toàn tỉnh là 3.541,10 $\text{km}^2$ (chiếm 1,08% diện tích cả nước). Hệ thống giao thông gồm Quốc lộ 3, Quốc lộ 1B, Quốc lộ 37; các tuyến đường sắt Hà Nội - Thái Nguyên (32 km trên đất Thái Nguyên), Quán Triều - Núi Hồng (33,5 km), Lưu Xá - Kép (10 km).
- Khí hậu và khí tượng: Mang đặc trưng nhiệt đới gió mùa vùng Đông Bắc với hai mùa rõ rệt. Nhiệt độ trung bình năm là $25^\circ\text{C}$, tháng nóng nhất là tháng 6 ($28,9^\circ\text{C}$, nhiệt độ cực đại $41,5^\circ\text{C}$), tháng lạnh nhất là tháng 1 ($15,2^\circ\text{C}$, nhiệt độ cực tiểu $3^\circ\text{C}$). Độ ẩm mùa nóng dao động từ $78%$ đến $86%$, mùa lạnh từ $65%$ đến $70%$. Lượng mưa trung bình năm đạt 2.025,3 mm; mùa mưa (tháng 5 đến tháng 10) chiếm $80%$ lượng mưa cả năm; ngày mưa cực đại lịch sử ghi nhận ngày 25/6/1959 đạt 353 mm. Lượng mưa trung bình tháng cao nhất là tháng 9 với 330,3 mm. Mùa khô (tháng 10 đến tháng 5) chỉ chiếm $15%$ lượng mưa năm (khoảng 300 mm).
- Cấu tạo địa chất công trình và thủy văn: Địa tầng từ mặt đất xuống gồm 4 lớp: đất trồng trọt ($0 - 1,5$ m), á cát ($1,5 - 3,0$ m), cát thô ($3,0 - 4,5$ m), đất sét ($4,5 - 6,5$ m). Mực nước ngầm mùa khô nằm ở độ sâu 7 m, mùa mưa dâng lên độ sâu 4 m dưới mặt đất.
- Nguồn tiếp nhận nước thải: Đoạn sông tiếp nhận thuộc nguồn nước mặt loại B1. Mực nước cao nhất là 19,5 m, mực nước thấp nhất là 17,0 m. Vận tốc dòng chảy trung bình $0,3$ m/s, chiều sâu nước trung bình 3 m. Lưu lượng nhỏ nhất tại điểm tính toán là $80\text{ m}^3/\text{s}$. Khoảng cách từ cống xả đến điểm tính toán là 1.200 m theo lạch sông và 1.000 m theo đường thẳng. Chất lượng nước nguồn có hàm lượng chất lơ lửng 25 mg/l, $\text{BOD}_{20}$ là 10 mg/l, oxy hòa tan (DO) đạt 4,8 mg/l.
- Hiện trạng dân cư và công nghiệp: Toàn bộ khu vực khảo sát có 688 căn nhà (chủ yếu cao 2-3 tầng, diện tích xây dựng 57.274 $\text{m}^2$, diện tích sàn sử dụng 57.708 $\text{m}^2$, nhà cấp 2 là 1.002 $\text{m}^2$). Tổng số công nhân công nghiệp chiếm $10%$ dân số đô thị. Nước thải sản xuất của các nhà máy chiếm $15%$ lưu lượng nước thải khu dân cư. Nước thải Khu công nghiệp I có cặn lơ lửng 320 mg/l, $\text{BOD}{20} = 120$ mg/l, $\text{COD} = 70$ mg/l; Khu công nghiệp II có cặn lơ lửng 190 mg/l, $\text{BOD}{20} = 120$ mg/l, $\text{COD} = 120$ mg/l; nhiệt độ nước thải đạt $22^\circ\text{C}$ (vào mùa đông nhiệt độ trung bình là $20^\circ\text{C}$).
Chương II: Thiết kế mạng lưới thoát nước sinh hoạt
Chương II thực hiện toàn bộ các bước tính toán công nghệ và thủy lực của mạng lưới:
- Phân chia lưu vực và dự báo dân số đến năm 2020:
- Khu vực I: Diện tích $F_1 = 342,144$ ha, mật độ dân số $n_1 = 200$ người/ha, hệ số xen kẽ $\varphi_1 = 0,85$, tính ra dân số $N_1 = 58.165$ người; tiêu chuẩn thải nước $q_0 = 160$ l/người.ngđ.
- Khu vực II: Diện tích $F_2 = 493,528$ ha, mật độ dân số $n_2 = 180$ người/ha, hệ số xen kẽ $\varphi_2 = 0,90$, tính ra dân số $N_2 = 79.952$ người; tiêu chuẩn thải nước $q_0 = 180$ l/người.ngđ.
- Toàn thành phố có tổng diện tích 835,672 ha, dân số tính toán đạt 138.117 người.
- Tính toán lưu lượng nước thải sinh hoạt và công cộng:
- Nước thải sinh hoạt: Khu vực I có $Q_{ng}^{tb1} = 9.306,4\text{ m}^3/\text{ngđ}$ ($q_s^{tb1} = 104,588$ l/s, $K_{ch1} = 1,5$, $q_s^{max1} = 156,882$ l/s); Khu vực II có $Q_{ng}^{tb2} = 14.391,36\text{ m}^3/\text{ngđ}$ ($q_s^{tb2} = 166,567$ l/s, $K_{ch2} = 1,47$, $q_s^{max2} = 233,194$ l/s). Tổng lưu lượng nước thải sinh hoạt toàn thành phố là $Q_{ng}^{tb} = 23.697,76\text{ m}^3/\text{ngđ}$ ($q_s^{tb} = 271,155$ l/s, $K_{ch} = 1,4$, $q_s^{max} = 379,617$ l/s).
- Nước thải bệnh viện (1% dân số, tương đương 1.573 giường bố trí ở 4 bệnh viện, tiêu chuẩn 300 l/người.ngđ, $K_h = 2,5$, làm việc 24h): Tổng lưu lượng $Q_{ng}^{tb} = 472,8\text{ m}^3/\text{ngđ}$, $Q_h^{max} = 49,252\text{ m}^3/\text{h}$, $q_s^{max} = 13,680$ l/s.
- Nước thải trường học (22% dân số, tương đương 34.598 học sinh tại 8 trường học, tiêu chuẩn 30 l/người.ngđ, $K_h = 1,8$, làm việc 8h): Tổng lưu lượng $Q_{ng}^{tb} = 1.038,016\text{ m}^3/\text{ngđ}$, $Q_h^{max} = 233,536\text{ m}^3/\text{h}$, $q_s^{max} = 64,875$ l/s.
- Tổng lưu lượng công cộng $Q_{cc} = 1.510,816\text{ m}^3/\text{ngđ} > 5% Q_{sh}$ ($1.184,888\text{ m}^3/\text{ngđ}$), tác giả xác định lưu lượng riêng $q_r$ phân bổ theo diện tích các tiểu khu.
- Tính toán lưu lượng nước thải công nghiệp:
- Tổng công nhân là 13.812 người (10% dân số đô thị). Lưu lượng nước thải sản xuất tính toán làm tròn $Q_{CN} = 3.555\text{ m}^3/\text{ngđ}$.
- Khu công nghiệp I chiếm 40% ($1.422\text{ m}^3/\text{ngđ}$), vận hành 3 ca (ca 1: 50%, ca 2: 30%, ca 3: 20%), $q_s^{max} = 25,393$ l/s. Tổng lưu lượng tập trung xả ra mạng lưới (gồm nước sản xuất và nước tắm, vệ sinh công nhân) là $q_{1TT} = 50,815$ l/s.
- Khu công nghiệp II chiếm 60% ($2.133\text{ m}^3/\text{ngđ}$), vận hành 2 ca (mỗi ca 50%), $q_s^{max} = 37,031$ l/s. Tổng lưu lượng tập trung xả ra mạng lưới là $q_{2TT} = 65,972$ l/s.
- Biểu đồ dao động lưu lượng ngày đêm và tính toán thủy lực: Tác giả lập bảng phân phối lưu lượng 24 giờ trong ngày, xác định đỉnh lưu lượng rơi vào các khung giờ làm việc và giao ca. Sử dụng phần mềm Hwase tính toán đường kính, độ dốc, vận tốc và cao trình đáy cống cho tuyến cống chính 1-13-TB cùng các tuyến nhánh kiểm tra (A-9, A1-10, A2-11, A3-12, A4-13).
- Kiểm tra điều kiện nối cống: So sánh cốt mực nước cuối của các tuyến cống kiểm tra và tuyến cống chính tại 5 điểm đấu nối (điểm 9, 10, 11, 12, 13) để đảm bảo điều kiện tự chảy hoàn toàn.
Kết quả và đóng góp
Đồ án hoàn thành trọn vẹn chuỗi tính toán kỹ thuật cho mạng lưới thoát nước sinh hoạt thành phố Thái Nguyên với các kết quả cụ thể:
| Tuyến cống |
Chiều dài đoạn đầu $L$ (m) |
Độ dốc thủy lực $i$ |
Cốt mặt đất giếng đầu $Z_2$ (m) |
Cốt mặt đất giếng nối $Z_1$ (m) |
Độ sâu chôn cống đầu $H$ (m) |
Chiều sâu đỉnh cống $H_đ$ (m) |
Đánh giá theo TCVN 7957 ($H_đ \ge 0,7$ m) |
| Cống chính 1-13-TB |
370 |
0,0018 |
26,53 |
26,09 |
1,6 |
1,3 |
Đạt yêu cầu |
| Tuyến kiểm tra A-9 |
280 |
0,0028 |
27,26 |
26,74 |
1,5 |
1,2 |
Đạt yêu cầu |
| Tuyến kiểm tra A1-10 |
300 |
0,0028 |
27,46 |
26,95 |
1,5 |
1,2 |
Đạt yêu cầu |
| Tuyến kiểm tra A2-11 |
260 |
0,0028 |
27,48 |
27,02 |
1,4 |
1,1 |
Đạt yêu cầu |
| Tuyến kiểm tra A3-12 |
200 |
0,0028 |
26,43 |
25,82 |
1,4 |
1,1 |
Đạt yêu cầu |
| Tuyến kiểm tra A4-13 |
170 |
0,0028 |
25,89 |
25,23 |
1,4 |
1,1 |
Đạt yêu cầu |
Kết quả kiểm tra thủy lực tại các điểm giao cắt giữa tuyến nhánh kiểm tra và tuyến cống chính 1-13-TB:
- Điểm 9: Cốt nước cuối tuyến cống kiểm tra là 19,66 m, cốt nước cuối cống chính là 18,04 m (chênh cao 1,62 m).
- Điểm 10: Cốt nước cuối tuyến kiểm tra là 18,79 m, cốt nước cống chính là 17,69 m (chênh cao 1,10 m).
- Điểm 11: Cốt nước cuối tuyến kiểm tra là 21,06 m, cốt nước cống chính là 17,17 m (chênh cao 3,89 m).
- Điểm 12: Cốt nước cuối tuyến kiểm tra là 20,02 m, cốt nước cống chính là 16,68 m (chênh cao 3,34 m).
- Điểm 13: Cốt nước cuối tuyến kiểm tra là 19,68 m, cốt nước cống chính là 16,27 m (chênh cao 3,41 m).
Tại tất cả các điểm, cốt nước cuối của cống kiểm tra đều cao hơn cốt nước của cống chính, xác nhận nước thải từ các lưu vực nhánh tự chảy thuận lợi vào tuyến thu gom chính mà không xảy ra hiện tượng dềnh ứ ngược dòng.
Các giải pháp kỹ thuật do tác giả đề xuất:
- Giải pháp xử lý sơ bộ tại nguồn: Toàn bộ nước thải của Khu công nghiệp I và II bắt buộc phải qua trạm xử lý sơ bộ nội bộ đạt tiêu chuẩn xả thải theo quy chuẩn trước khi đấu nối vào hệ thống thoát nước chung của đô thị.
- Giải pháp quản lý bùn lắng: Thiết lập giếng xối rửa định kỳ cho các đoạn ống đầu mạng lưới sử dụng cỡ ống danh định tối thiểu $D = 250$ mm nhưng vận tốc dòng chảy thực tế nhỏ hơn 0,7 m/s.
- Tái sử dụng nguồn nước: Đề xuất phương án dẫn nước thải sau khi làm sạch tại trạm xử lý qua hệ thống xử lý bậc 3 để đưa vào kênh dẫn phục vụ tưới tiêu nông nghiệp, trồng hoa màu và rau xanh quanh khu vực trạm xử lý.
Đóng góp của đồ án:
Đồ án đã xây dựng phương án kỹ thuật thoát nước riêng cho một đô thị trung du có địa hình phức tạp và tốc độ phát triển công nghiệp nhanh. Nghiên cứu giải quyết bài toán thủy lực kết hợp giữa nước thải sinh hoạt đô thị, nước thải công trình công cộng và nước thải các khu công nghiệp phân bổ theo nhiều ca kíp làm việc, cung cấp tập hợp bảng tính thủy lực chi tiết và kiểm tra cao trình mực nước nối cống dựa trên phần mềm Hwase.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Theo giới hạn phạm vi trình bày của văn bản:
- Đồ án mới tập trung tính toán chi tiết mạng lưới cống thu gom nước thải sinh hoạt và công nghiệp; mạng lưới thoát nước mưa mới dừng ở khâu định hình nguyên tắc và bố trí công trình phụ trợ (hố tách cát, song chắn rác) mà chưa tính toán thủy lực kích thước mương cống thoát nước mưa.
- Nội dung tính toán công nghệ trạm xử lý nước thải tập trung (quy trình công nghệ sinh học, tính toán kích thước các bể lắng, bể aerotank, bể khử trùng) chưa được trình bày chi tiết trong tập văn bản này.
- Các số liệu về tỷ lệ học sinh, bệnh nhân và phân bố công nhân phân xưởng nóng/nguội chủ yếu dựa trên các hệ số giả thiết định mức theo TCVN 7957 mà chưa có số liệu điều tra xã hội học chi tiết cho từng cơ sở cụ thể.
- Hướng mở rộng tiếp theo: Hoàn thiện tính toán thủy lực cho mạng lưới thoát nước mưa đô thị; thiết kế kỹ thuật chi tiết các hạng mục công trình đơn vị trong trạm xử lý nước thải tập trung; nghiên cứu bổ sung giải pháp xử lý bậc 3 đạt tiêu chuẩn an toàn vi sinh cho mục đích tưới tiêu nông nghiệp.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, kỹ sư thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật Cấp thoát nước, Kỹ thuật Môi trường và Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị. Các nội dung có giá trị thực hành cao gồm:
- Quy trình tổng hợp và phân phối lưu lượng nước thải công nghiệp phức tạp theo ca làm việc (ca 1, ca 2, ca 3), tính toán kết hợp nước thải sản xuất với nước tắm và vệ sinh công nhân theo phân xưởng nóng/nguội.
- Phương pháp xác định lưu lượng riêng $q_r$ phân bổ theo diện tích tiểu khu trong điều kiện tải lượng công trình công cộng vượt quá 5% tải lượng dân cư.
- Bảng mẫu biểu tính toán thủy lực mạng lưới thoát nước bằng phần mềm Hwase và phương pháp kiểm tra điều kiện đấu nối thủy lực mực nước giữa các tuyến cống nhánh kiểm tra và cống chính.
Câu hỏi thường gặp
1. Vì sao tác giả lựa chọn hệ thống thoát nước riêng hoàn toàn cho thành phố Thái Nguyên thay vì hệ thống cống chung?
Thành phố Thái Nguyên có địa hình dốc về phía Nam, lượng mưa hàng năm lớn (2.025,3 mm) và lượng mưa tập trung cao vào mùa mưa (chiếm 80%, tháng cao nhất lên tới 330,3 mm). Nếu chọn hệ thống chung, kích thước tiết diện cống và quy mô trạm xử lý sẽ phải thiết kế rất lớn gây tốn kém kinh phí ban đầu; đồng thời vào mùa khô lượng nước thải sinh hoạt nhỏ sẽ không đảm bảo độ đầy và vận tốc tối thiểu, gây lắng đọng cặn bẩn trong cống. Do đó, hệ thống thoát nước riêng được lựa chọn để phân kỳ vốn đầu tư thuận lợi và duy trì chế độ thủy lực ổn định quanh năm cho trạm xử lý.
2. Tổng lưu lượng nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp được tính toán cho toàn thành phố là bao nhiêu?
Lưu lượng nước thải sinh hoạt trung bình ngày của toàn thành phố (với 138.117 người tại 2 khu vực quy hoạch đến năm 2020) là $23.697,76\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ ($q_s^{tb} = 271,155$ l/s; $q_s^{max} = 379,617$ l/s). Lưu lượng nước thải sản xuất từ hai khu công nghiệp chiếm 15% lưu lượng dân cư, được tính tròn là $3.555,000\text{ m}^3/\text{ngày đêm}$ (Khu công nghiệp I chiếm $1.422\text{ m}^3/\text{ngđ}$, Khu công nghiệp II chiếm $2.133\text{ m}^3/\text{ngđ}$).
3. Tác giả sử dụng công cụ gì để tính toán thủy lực mạng lưới cống và các điều kiện khống chế kỹ thuật chính là gì?
Tác giả sử dụng phần mềm Hwase của tác giả Nguyễn Hữu Hòa (Trường Đại học Xây dựng). Quá trình tính toán phải tuân thủ các điều kiện khống chế kỹ thuật theo TCVN 7957: đường kính ống tối thiểu ngoài đường phố $D = 250$ mm; độ sâu chôn ống từ đỉnh cống đến mặt đất $H_đ \ge 0,7$ m; vận tốc dòng chảy tối thiểu tự làm sạch $v \ge 0,7$ m/s; khi độ sâu chôn cống vượt quá $6 - 8$ m phải bố trí trạm bơm chuyển bậc.
4. Khi đường kính cống tối thiểu $D = 250$ mm không đảm bảo vận tốc tự làm sạch ($v < 0,7$ m/s), tác giả đề xuất xử lý như thế nào?
Đối với các đoạn cống khởi đầu mạng lưới, lưu lượng nước thải thu gom ban đầu còn nhỏ nhưng bắt buộc phải đặt ống $D = 250$ mm theo quy phạm dẫn đến không đạt vận tốc dòng chảy $0,7$ m/s, giải pháp kỹ thuật được tác giả đưa ra là bố trí thêm các giếng tẩy rửa định kỳ trên các đoạn ống này để chủ động xả rửa, tránh hiện tượng bồi lắng bùn cặn.
5. Kết quả kiểm tra cao trình mực nước tại các điểm nối cống chứng minh điều gì?
Tại tất cả 5 điểm kiểm tra giao cắt (điểm 9, 10, 11, 12, 13), cốt mực nước cuối của các tuyến cống kiểm tra đều cao hơn cốt mực nước của tuyến cống chính 1-13-TB (ví dụ tại điểm 9: 19,66 m so với 18,04 m; tại điểm 11: 21,06 m so với 17,17 m). Kết quả này chứng minh nước thải từ các tuyến cống nhánh hoàn toàn tự chảy vào tuyến cống chính mà không bị ứ đọng hay chảy ngược.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Long Giang đã giải quyết trọn vẹn bài toán thiết kế kỹ thuật mạng lưới thoát nước bẩn cho thành phố Thái Nguyên với định hướng quy hoạch đến năm 2020. Tác giả đã luận chứng khoa học việc lựa chọn hệ thống thoát nước riêng, xây dựng biểu đồ dao động lưu lượng 24 giờ cho tổ hợp nước thải dân cư - công cộng - công nghiệp, và ứng dụng phần mềm Hwase để xác định các thông số thủy lực mạng cống. Các giải pháp bổ trợ như bố trí giếng tẩy rửa cho cống D250, trạm bơm chuyển bậc khi cống sâu trên 6 m, và tái sử dụng nước sau xử lý bậc 3 phục vụ nông nghiệp mang lại tính khả thi cao cho công tác quy hoạch hạ tầng đô thị.
