Thuyết minh đồ án mạng lưới thoát nước đô thị và công nghiệp

Thuyết minh đồ án Mạng lưới thoát nước đô thị và khu công nghiệp chuyên ngành cấp thoát nước Viện Khoa học và Kỹ thuật Môi trường Trường Đại học xây dựng. Thuyết minh có tính toán Trạm bơm cho mạng lưới thoát nước. Thuyết minh chuẩn điểm A (9.510)

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG

I Giới thiệu đặc điểm tự nhiên, kinh tế xã hội

1 Điều kiện địa lý:

Từ mặt bằng quy hoạch ta thấy đây là một thành phố thuộc vùng đồng bằng với

độ dốc địa hình nhỏ, phía trước có một con sông lớn chảy từ hướng đông sang hướng tây, giữa thành phố có một con đường chạy qua chia thành phố làm hai khu vực với tổng diện tích 1542,6 ha

2 Điều kiện tự nhiên

Có khí hậu nhiệu đới gió mùa nóng ẩm, lượng mưa trung bình năm 1500-1800mm.Hướng gió thịnh hành là hướng Đông - Nam thổi từ tháng 4 đến tháng 9, gió Đông- Bắc thổi từ tháng 10 tới tháng 3 năm sau, kèm theo sương muối

3 Điều kiện kinh tế

Thành phố có hai khu công nghiệp với tổng diện tích 44,87 ha nằm ở ngoại thành, tách biệt với khu dân cư và là nơi tạo việc làm cho 15% dân số

Là thành phố vệ tinh, nằm giữa các thành phố lớn, có đường giao thông huyết mạch chạy qua nên thuận tiện cho đi lại, giao thương buôn bán của người dân và phát triển kinh tế xã hội địa phương

4 Lựa chọn loại Hệ thống thoát nước cho đô thị

a Tổ chức thoát nước

Thành phố có địa hình thấp dần từ đông bắc sang tây nam, hướng gió chủ đạo là tây nam, có sông chảy từ đông sang tây vì vậy ta đặt Trạm xử lý cuối thành phố Vừa tận dụng địa hình để thoát nước bằng phương pháp tự chảy, vừa không gây ô nhiễm nguồn nước và không khí của thành phố(trạm được đặt ở cuối hướng gió và hạ lưu của sông)

Nước thải sinh hoạt, công nghiệp được xử lý đạt tiêu chuẩn sau đó xả ra sông Riêng nước mưa và nước thải quy ước sạch thì có hệ thống riêng được đổ trực tiếp ra sông mà không cần xử lý.

b Hệ thống thoát nước

Theo yêu cầu, ta thiết kế hệ thống thoát nước cho một khu đô thị mới hoàn toàn

và trong giai đoạn xây dựng

Hệ thống thoát nước có thể là kiểu chung, riêng hoàn toàn (hay không hoàn toàn) và nửa riêng Mỗi kiểu đều có những ưu nhược điểm nhất định

HTTN chung: Là hệ thống trong đó tất cả mọi loại nước thải(nước mưa, nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp) được dẫn , vận chuyển trong cùng một mạng loại cống tới trạm xử lý hoặc xả ra nguồn tiếp nhận HTTN này có nhiều khuyết điểm như: Chế độ thủy lực của hệ thống không ổn định: mùa mưa nước chảy đầy cống có thể gây ngập lụt, mùa khô thì độ đầy và tốc độ dòng chảy nhỏ dễ gây nên lắng cặn làm giảm khả năng chuyển tải của hệ thống, tăng số lần phải nạo vét đường ống Ngoài ra, do nước thải chảy tới trạm bơm, trạm xử lý không điều hòa về mặt lưu lượng và chất lượngnên công tác điều phối trạm bơm và trạm xử lý trở nên phức tạp và khó đạt hiệu quả mong muốn

HTTN riêng: là hệ thống có hai hay nhiều mạng lưới, một mạng lưới dùng đểvận chuyển nước thải bẩn(nước thải sinh hoạt, sản xuất), trước khi xả vào nguồn tiếpnhận phải qua xử lý, một mạng lưới khác dùng để vận chuyển nước thải quy ướcsạch(như nước mưa) có thể xả thẳng vào nguồn tiếp nhận HTTN riêng có nhiều ưuđiểm như : Có thể phân đợt đầu tư giảm được vốn đầu tư xây dựng đợt đầu, chế độ thuỷlực làm việc của hệ thống ổn định và lưu lượng của Trạm xử lý khi dùng HTTN riêngcũng ổn định hơn HTTN chung

HTTN nửa riêng: là hệ thống trong đó ở những điểm giao nhau giữa hai mạnglưới độc lập, người ta xây dựng giếng tràn, tách nước mưa.Tại đây, khi lượng mưaít(giai đoạn đầu của trận mưa của những trận mưa lớn kéo dài) chất lượng nước mưabẩn, nước mưa này sẽ chảy vào HTTN sinh hoạt, theo cống góp chung tới trạm xử

lý.Ngược lại khi lưu lượng nước mưa lớn, nước mưa sẽ tràn qua giếng tách nước theocống xả ra thẳng nguồn tiếp nhận.

Theo quy hoạch phát triển của đô thị và từ những ưu, nhược điểm của các HTTN trên ta sẽ chọn HTTN “ riêng hoàn toàn” cho Thành phố Để đảm bảo không xảy ra ngập úng khi có mưa lớn và xử lý được triệt để nước thải trước khỉ đổ ra nguồn tiếp nhận Mặt khác khu vực thiết kế được quy hoạch để trở thành một thành phố hiện đại trong tương lai, có các khu đô thi mới, khu đô thị mở rộng và các khu công nghiệp nên

ta chọn HTTN riêng là hợp lý, đảm bảo thoát nước cho thành phố trong hiện tại cũng như trong tương lai

Hệ thống thoát nước riêng hoàn toàn cho đô thị Hệ thống này có những ưu điểm sau:

o Giảm được vốn đầu tư xây dựng đợt đầu

o Chế độ làm việc thuỷ lực của hệ thống ổn định

o Công tác quản lý dễ dàng

PHẦN II: CÁC SỐ LIỆU TÍNH TOÁN

1 Lưu lượng nước thải sinh hoạt từ các khu nhà ở:

♦ Xác định dân số tính toán theo công thức:

N = ∑ βFiNi

Trong đó:

o β : Tỷ số diện tích nhà ở đối với diện tích toàn Thành phố, lấy:

+ Khu vực I: β1=0,9+ Khu vực I: β2=0,85

o Fi: Diện tích của các khu vực tính toán, theo số liệu đo được thì:

+ Diện tích của khu vực I là FI =884.2 (ha)

+ Diện tích của khu vực II là FII =658.4 (ha)

o Ni: mật độ dân số của các khu vực tính toán

Từ công thức trên ta có dân số tính toán của các khu vực là:

o Khu vực I: N1= 434,4.280= 121632 (người)

o Khu vực II: N2=265,8.220= 58476 (người)

Vậy tổng dân số của cả Thành phố là: N = N1 + N2 = 180108 (người)

♦ Xác định lưu lượng trung bình ngày :

Theo công thức:

Qtbngày =

1000.N

qi0 = (m 3 /ngđ) Trong đó

Vậy, tổng lưu lượng nước thải sinh hoạt thải ra tại Thành phố trong một ngày đêmlà:

TB ngày

Q (l/s)

o Khu vực I: qtb-s

1 =4,86

1

TB ngày

Q

=

4,86

5,17028

2

TB ngày

Q

=

4,86

1,7017

Từ lưu lượng trung bình giây, để có lưu lượng tính toán cho toàn Thành phố ta phải

đi tìm hệ số không điều hòa kch Theo bảng “Trị số kch phụ thuộc qtb

s”, ta có:kch = 1,4Lưu lượng tính toán là lưu lượng giây max:

Kết qủa tính toán được cho theo bảng sau:

Bảng 1: Lưu lượng nước thải tính toán của khu dân cư

Sự phân bố nước thải sinh hoạt theo từng giờ trong ngày

2 Xác định lưu lượng tập trung có trong tiêu chuẩn thải nước:

o Hệ số không điều hòa giờ: kh = 2,5

o Bệnh viện làm việc 24/24 giờ trong ngày

o Lưu lượng thải trung bình trong ngày của các bệnh viện là:

Qtb ngày = 1000

5 = 130 (m 3 /ngày)

o Lưu lượng thải trung bình giờ 1 bệnh viện là:

Qtb giờ=24

3,6

Qhmax = 13,55

3,6 = 3,76 (l/s)

Sự phân bố nước thải của bệnh viện theo từng giờ trong ngày

Số học sinh là 10,5 %N

H = 10,5% N = 10,5% 180108 =18912 (người)

Chọn tổng số học sinh trong thành phố là: 18920 (học sinh)

Thiết kế 10 trường học, mỗi trường có 1892 học sinh

o Tiêu chuẩn thải nước: qth

0 = 20 (l/ng.ngđ)

o Hệ số không điều hòa giờ kh = 1,8

o Trường học làm việc 12 giờ trong ngày

o Lưu lượng thải trung bình ngày của các trường học là:

Qtb ngày = 1000

h.qo = 1000

20.18920

= 378,4(m 3 /ngày)

o Lưu lượng thải trung bình ngày của các trường học là:

Qtb ngày1 =

ngày tb

Q

= 12

84,37

= 3,15 (m 3 /h)

o Lưu lượng Max giờ là:

Qh max = kh Qtb

giờ = 1,8 3,15 = 5,67 (m 3 /h)

o Lưu lượng Max giây là:

qs max = Q3,6hmax = 53,,676 = 1,575 (l/s)

Sự phân bố lưu lượng nước thải trường học theo các giờ trong ngày

Thời gian % Q (m 3 )

Nơi thoát

nước

Qui mô thải nước

Số giờ làm việc

Tiêu chuẩn thải nước

k h

Lưu lượng

TB ngày TB giờ

Max giờ

Max giây

(m 3 /ngày ) (m 3 /h) (m 3 /h) (l/s)

3 Lưu lượng nước thải sản xuất của khu công nghiệp:

Tổng số công nhân làm việc trong các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp chiếm 15%dân số thành phố (NCN)

Trong PX nguội

Số ngời được tắm trong

Lưu lượng nước thải sản xuất của nhà máy, xí nghiệp công nghiệp chiếm 17% lưu

lượng nước thải của khu dân, do đó :

o Nhà máy làm việc 3 ca, mỗi ca 8 giờ.

Lưu lượng ngày Qngày = 2125,7 (m3 /ngđ) phân phối theo ca như sau:

♦ Xí nghiệp II:

o Lưu lượng nước thải nhà máy 2 chiếm 48% tổng nước thải sản xuất của cáckhu công nghiệp:

Qsx1 = 48% Qsx = 48% 4087,8= 1962,2 (m 3 /ngđ)

o Trong đó có 20% nước thải sản xuất quy ước sạch không cần xử lý Còn 80% nước thải sản xuất bị nhiễm bẩn cần xử lý:

Qngày = 80% 1962.2 = 1569,8 (m 3 /ngđ)

o Nhà máy làm việc 3 ca, mỗi ca 8 giờ

Lưu lượng ngày Qngày = 1569,8 (m 3 /ngđ) phân phối theo ca như sau:

Từ các số liệu trên đây ta có bảng thống kê lưu lượng nước thải sản xuất cho cácnhà máy xí nghiệp như sau:

Bảng 4: Lưu lượng nước thải sản xuất thải ra từ các nhà máy

Lưu lượng

Hệ số không điều hoà k h

Lưu lượng

45N n+ N ng

(m3/ngđ)

Trong đó:

Nn : Số công nhân làm việc trong phân xưởng nóng của xí nghiệp 1

Nng : Số công nhân làm việc trong phân xưởng nguội của xí nghiệp 1

QSHXNCN1 =

1000

10400.254458

45N n + N ng

(m3/ngđ)

Trong đó:

Nn : Số công nhân làm việc trong phân xưởng nóng của xí nghiệp 2

Nng : Số công nhân làm việc trong phân xưởng nguội của xí nghiệp 2

QSHXNCN2 =

1000

6079.256079

Phân xưởng nóng K= 2,5

Q (m 3 )

Phân xưởng nguội K= 3

Q

60N n + N ng

(m 3 /ngđ)

Trong đó:

Nn : Số công nhân được tắm ở phân xưởng nóng của xí nghiệp 1

Nng : Số công nhân được tắm ở phân xưởng nguội của xí nghiệp 1

QtXNCN1 =

1000

4458.60

60N n + N ng

(m 3 /ngđ)

Trong đó:

Nn : Số công nhân được tắm ở phân xưởng nóng của xí nghiệp 2

Nng : Số công nhân được tắm ở phân xưởng nguội của xí nghiệp 2

QtXNCN1 =

1000

3040.404255

o Lưu lượng thải tập trung từ xí nghiệp I:

Ta thấy tại xí nghiệp I vào 14 - 15 giờ, lưu lượng nước thải (gồm cả sản xuất, tắm

và sinh hoạt) là lớn nhất và bằng:

q0XNI-max = 25,83+ 3,25 + 5,60= 34,68 (l/s)

Do vậy, lưu lượng tập trung tính toán của xí nghiệp I là:

qXN-I

TT = 34,68 (l/s)

o Lưu lượng thải tập trung từ xí nghiệp II:

Ta thấy tại xí nghiệp II vào 14 - 15 giờ, lưu lượng nước thải (gồm cả sản xuất, tắm

Sở dĩ ta chọn lưu lượng tính toán là lưu lượng lớn nhất trong các giờ thải nước của

xí nghiệp vì như vậy sau khi thiết kế, đương nhiên hệ thống ống đảm bảo thoát thoátnước an toàn

6 Lập bảng tổng hợp lưu lượng nước thải cho toàn Thành phố:

♦ Nước thải từ khu dân cư:

Từ hệ số không điều hòa kch =1,4 ta xác định được sự phân bố nước thải theo các

giờ trong ngày (Xem bảng tổng hợp lưu lượng nước thải của Thành phố)

♦ Nước thải từ các bệnh viện:

Từ hệ số không điều hòa kch =2,5 ta xác định được sự phân bố nước thải theo các giờtrong ngày

♦ Nước thải từ trường học:

Từ hệ số không điều hòa kch =1,8 ta xác định được sự phân bố nước thải theo 12 tiếnghoạt động theo các giờ trong ngày

♦ Nước thải sản xuất từ các nhà máy:

Nước thải sản xuất của các nhà máy thải điều hòa trong các giờ trong ngày

♦ Nước thải sinh hoạt của công nhân trong các ca của nhà máy:

Lượng nước thải này được tính theo bảng 5 - trang 14

♦ Nước tắm của công nhân được phân bố vào đầu các ca:

Ca1:6-7h

Ca2:14-15h Ca3:22-23h

Từ các số liệu đó, ta có bảng tổng hợp lưu lượng nước thải Thành phố và biểu

đồ dao động nước thải của Thành phố

BẢNG 6: TỔNG HỢP LƯU LƯỢNG NƯỚC THẢI CỦA THÀNH PHỐ

Giờ trong ngày

BIỂU ĐỒ DAO ĐỘNG NƯỚC THẢI CỦA THÀNH PHỐ

PHẦN III: THIẾT KẾ MẠNG LƯỚI THOÁT NƯỚC

1 Vách tuyến mạng lưới thoát nước:

Vạch tuyến mạng lưới thoát nước là một khâu rất quan trọng trong công tác thiết

kế mạng lưới thoát nước, nó ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành xây dựng và giá thành

hệ thống nói chung

Công tác vạch tuyến mạng lưới được tiến hành theo nguyên tắc sau:

1 Triệt để lợi dụng địa hình để sao cho mạng lưới thoát nước tự chảy là chủ yếu,

đảm bảo thu nước nhanh nhất vào đường ống chính của lưu vực và của toàn

Thành phố

2 Mạng lưới thoát nước phải phù hợp với hê thống thoát nước đã chọn

3 Vạch tuyến hợp lý để chiều dài cống là nhỏ nhất, giảm độ sâu đặt cống nhưng

cũng tránh đặt nhiều trạm bơm

4 Đặt đường ống phải phù hợp với điều kiện địa chất thủy văn và tuân theo các

quy định về khoảng cách đối với hệ thống công trình ngầm

5 Hạn chế đặt đường ống thoát nước qua các sông, hồ và qua các công trình giao

thông như đường sắt, đê, kè, Tuynen,

6 Các cống góp chính phải đổ về trạm làm sạch và cống xả nước ra hồ chứa

Trạm xử lý đặt ở phía thấp so với địa hình Thành phố, nằm ở cuối nguồn nước,

cuối hướng gió chính, đảm bảo khoảng cách vệ sinh đối với các khu dân cư và

các xí nghiệp công nghiệp

Do vậy, với địa hình có độ dốc giảm dần theo hướng Bắc- Nam, có sông chảy theo

hướng Đông - Tây ta vạch tuyến theo phương án tập trung Nước thải được các ống góp

lưu vực, chảy vào ống chính rồi về trạm bơm để bơm vào trạm xử lý trước khi đổ ra

sông Cống chính được đặt dọc theo triền thấp nhất của Thành phố, gần song song với

sông

2 Tính toán mạng lưới thoát nước

2.1 Lập bảng tính toán diện tích các ô thoát nước

Diện tích các ô đất xây dựng và các lưu vực thoát nước được tính toán dựa trên đo

đạc trực tiếp trên bản đồ quy hoạch Thành phố Các kết quả tính toán được thể hiện

trong các bảng sau:

THỨ TỰ

HIỆU

THỨ TỰ

HIỆU

Ô 1

2.2 Xác định lưu lượng tính toán cho các đoạn ống tính toán

Trước tiên, để tính lưu lượng cho từng đoạn ống, ta đi tính lưu lượng riêng cho từng

khu vực thoát nước

♦ Xác đinh lưu lượng riêng:

Bố trí Bệnh viện và Trường học đều trên toàn bộ diện tích thành phố, tức là khuvực I có 3 bệnh viện, 6 trường học khu vực II có 2 bệnh viện, 4 trường học.

* Lưu lượng công cộng được phân phối cho khu vực I:

♦ Xác định lưu lượng trên các đoạn cống của tuyến tính toán:

Lưu lượng tính toán của từng đoạn ống được coi như chảy vào đầu đoạn cống vàđược xác định theo công thức:

qn

tt = (qn

dđ + qn nhánh bên + qn

dd = ∑F.q r (ở đây, F là tổng diện tích của tất cả các tiểu khu đổ nước

thải theo dọc tuyến cống đang xét, qr là lưu lượng riêng của khu vực chứa tiểu

khu).

o qn

nhánh bên: Lưu lượng nhánh bên đổ vào đoạn cống thứ n,

qn nhánh bên = ∑F’.qr (ở đây, ∑F’ là tổng diện tích của tất cả các tiểu khu đổ vào các nhánh bên).

nghiệp được quy ước là đổ vào đầu đoạn cống tính toán

Dựa vào công thức trên, ta tính dược lưu lượng cho từng đoạn cống Kết quả tínhtoán cho tuyến cống tính toán được thể hiện trong bảng thống kê lưu lượng theo tuyến

cống chính - Bảng 9.

Ghi chú: Trong khi xác định lưu lượng tính toán cho các đoạn cống của mạng lưới,

ta đã dùng công thức sau để xác định hệ số không điều hoà:

0,121

tb

K =

3 Tính toán độ sâu đặt cống đầu tiên cho các tuyến cống tính toán

3.1 Độ sâu đặt cống đầu tiên của tuyến cống tính toán

Căn cứ vào bảng tính toán cho từng đoạn cống ở trên, ta tiến hành tính toán thuỷlực cho từng đoạn cống để xác định được: Đường kính ống D, độ dốc thuỷ lực i, vận tốcdòng chảy v sao cho phù hợp với các yêu cầu về đường kính nhỏ nhất, độ đầy tính toán,tốc độ chảy tính toán, độ dốc đường cống, độ sâu đặt cống được đặt theo quy phạm

Độ sâu đặt cống nhỏ nhất của tuyến cống được tính theo công thức:

H = h + Σ (iL1 + iL2) + Zd - Z0 + ∆d (m)

o i : Độ dốc của cống thoát nước tiểu khu hay trong sân nhà tính bằng 2‰,

o L1: Chiều dài đoạn nối từ giếng kiểm tra tới cống ngoài đường phố - m,

o L2: Chiều dài của cống trong nhà (hay tiểu khu) - m,

o Z0: Cao độ của giếng thăm xa nhất của của MLTN sân nhà 15,4 m

o Zd: Cao độ mặt đất tại điểm đầu của tuyển cống đường phố 15,9 m

o ∆d: Độ chênh giữa kích thước của cống thoát nước đường phố với cống thoát

nước trong sân nhà (tiểu khu).

∆d = Dđường phố - Dtiểu khu = 200 - 150 = 50 (mm) = 0,05 (m)

Lấy tuyến cống 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, TB làm tuyến cống tính toán

3.2 Độ sâu đặt cống đầu tiên của tuyến cống kiểm tra

Lấy tuyến hai tuyến cống A - 8 làm tuyến cống kiểm tra Việc tính toán kiểm tra là

ta đi tính xem độ sâu đặt cống theo các tuyến kiểm tra tại giếng 5 có đảm bảo để nướcthải đổ được vào giếng theo tuyến tính toán hay không; nếu không đảm bảo thì phảichọn lại tuyến tính toán

o Chiều sâu đặt cống đầu tiên tại tuyến kiểm tra 1

∆d = Dđường phố - Dtiểu khu = 200 - 150 = 50 (mm) = 0,05 (m)

Vậy độ sâu đặt cống đầu tiên của tuyến cống kiểm tra 1 là:

H1 = 0,4 + (0,002.133,4 + 0,002.3) + 16,35 - 16 + 0,05 (m)

⇒ H 1= 1.073(m)

Sau khi xác định độ sâu đặt cống đầu tiên, ta tiếp tục xác định cốt đáy cống cho cácđoạn cống tiếp theo Các đoạn cống được nối theo mặt nước khi chiều cao lớp nướcđoạn cống phía sau lớn hơn chiều cao lớp nước đoạn cống phía trước; còn khi chiều caolớp nước đoạn cống phía sau là nhỏ hơn thì nối theo đáy cống

Khi tính toán thuỷ lực các tuyến cống ta phải khống chế độ sâu đặt cống, chiều sâuđặt cống không được lớn quá vì như thế sẽ khó khăn cho việc thi công và tốn kém về

mặt kinh tế Khi chiều sâu đặt cống lớn - lớn hơn 6 m , ta phải đặt các trạm bơm cục bộ

để giảm chiều sâu đặt cống của các đoạn tiếp theo

Dưới đây là các Bảng xác định lưu lượng tính toán và Bảng tính toán kiểm tra thuỷ lực tuyến cống tính toán và tuyến cống kiểm tra.

Theo Bảng tính toán kiểm tra thuỷ lực các tuyến cống ta thấy tuyến cống 1 - 12

là tuyến cống bất lợi nhất