Bài giảng môn học thoát nước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI GS TS DƯƠNG THANH LƯỢNG BÀI GIẢNG MƠN HỌC THỐT NƯỚC Dương Thanh Lượng Bài giảng mơn học Thốt nước - Chương 4-1 HÀ NỘI 2010 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Dung Công trình thu nước trạm bơm cấp nước NXB Xây dựng Hà Nội, 1996 Lê Dung Sổ tay máy bơm NXB Xây dựng Hà Nội, 1999 Giáo trình Máy bơm trạm bơm NXB Từ điển bách khoa Hà Nội, 2006 Hồng Văn Huệ Thốt nước, Tập Mạng lưới thoát nước NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2002 Hồng Văn Huệ Thốt nước, Tập Xử lý nước thải NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2002 Dương Thanh Lượng Hướng dẫn đồ án môn học Thiết kế mạng lưới nước NXB Khoa học tự nhiên cơng nghệ Hà Nội, 2008 Sổ tra cứu máy bơm thiết bị Trường ĐH Thuỷ lợi Hà Nội, 1998 Nguyễn Công Tùng Bài tập đồ án môn học Máy bơm trạm bơm NXB Từ điển bách khoa Hà Nội, 2006 TCXDVN 33:2006 Cấp nước - Mạng lưới đường ống cơng trình - Tiêu chuẩn thiết kế 10 TCXD 7957:2008 Thoát nước - Mạng lưới bên ngồi cơng trình - Tiêu chuẩn thiết kế 11 TCVN 4474-1987 Thoát nước bên - Tiêu chuẩn thiết kế 12 TCVN 4513-1988 Cấp nước bên - Tiêu chuẩn thiết kế Dương Thanh Lượng Bài giảng mơn học Thốt nước - Chương 4-2 MỤC LỤC Trg 1-1 1-1 1-1 1-3 1-3 1-6 Chương Các hệ thống sơ đồ thoát nước I-1 Nhiệm vụ hệ thống thoát nước loại nước thải I-2 Sơ đồ phân loại hệ thống thoát nước I-3 Lựa chọn sơ đồ hệ thống thoát nước I-4 Sơ đồ thoát nước khu dân cư I-5 Sơ đồ thoát nước tổng hợp liên vùng I-6 Điều kiện thu nhận nước thải vào mạng lưới thoát nước vào nguồn tiếp nhận 1-6 Chương Những vấn đề thiết kế hệ thống thoát nước II-1 Những tài liêu để thiết kế II-2 Dân số tính tốn II-3 Tiêu chuẩn chế độ thải nước II-4 Công thức xác định lưu lượng tính tốn nước thải II-5 Biểu đồ dao động nước thải II-6 Tổng lượng nước thải 2-1 2-1 2-1 2-2 2-4 2-5 2-8 Chương Tính toán thuỷ lực cống thoát nước II3-1 Đặc điểm chuyển động nước thải cống thoát nước II3-2 Các tiết diện cống đặc tính thuỷ lực II3-3 Cơng thức tính tốn thuỷ lực II3-4 Tổn thất cục mạng lưới nước II3-5 Đường kính tối thiểu độ đầy tối đa II3-6 Tốc độ độ dốc II3-7 Thực hành tính tốn thủy lực cống nước 3-1 3-1 3-2 3-3 3-4 3-4 3-5 3-8 Chương Thiết kế mạng lưới thoát nước IV-1 Các phận sơ đồ hệ thống thoát nước khu dân cư IV-2 Sơ đồ vạch tuyến mạng lưới thoát nước IV-3 Nguyên tắc vạch mạng lưới IV-4 Bố trí cống đường phố IV-5 Độ sâu chơn cống nước IV-6 Xác định lưu lượng tính tốn cho đoạn cống IV-7 Nguyên tắc cấu tạo mạng lưới thoát nước thiết kế trắc dọc 4-1 4-1 4-3 4-5 4-5 4-9 4-10 4-14 Dương Thanh Lượng Bài giảng môn học Thoát nước - Chương 4-3 IV-8 Đặc điểm cấu tạo tính tốn mạng lưới nước xí nghiệp cơng nghiệp 4-20 Chương Thốt nước mưa thoát nước chung A- Thoát nước mưa V-1 Mưa hình thành dịng chảy V-2 Thiết kế hệ thống nước mưa V-3 Những đặc điểm cơng trình hệ thống nước mưa V-4 Trạm bơm, hồ điều hồ cửa xả nước mưa B- Thốt nước chung V-5 Điều kiện sử dụng hướng cải tạo hệ thống nước chung số thị nước ta V-6 Đặc điểm tính tốn thiết kế mạng lưới hệ thống thoát nước chung 5-1 5-1 5-1 5-8 Chương Cống kênh mương VI3-1 Những yêu cầu cống kênh mương VI3-2 Các loại cống dùng để xây dựng cống thoát nước VI3-3 Mối nối đầu cống VI3-4 Nền bệ cống 7-1 7-1 7-1 7-3 7-3 Chương Các cơng trình mạng lưới VII3-1 Giếng thăm VI3-2 Giếng chuyển bậc VII3-3 Giếng tràn tách nước mưa hệ thống thoát nước chung VII3-4 Cống đặt qua sông hồ kênh đào VII3-5 Cống qua đường sắt đường ô tô VII3-6 Hồ điều hồ hệ thống nước mưa thị 8-1 8-1 8-3 8-9 8-12 8-14 8-16 Chương Trạm bơm nước thải IX-1 Nhiệm vụ vị trí trạm bơm nước thải IX-2 Phân loại trạm bơm nước thải IX-3 Các loại máy bơm nước thải IX-4 Bể chứa trạm bơm thoát nước IX-5 Thiết kế ống dẫn Tính cột nước bơm chọn máy bơm IX-6 Một số dạng kết cấu trạm bơm nước thải 9-1 9-1 9-1 9-3 9-3 9-6 9-7 Dương Thanh Lượng Bài giảng mơn học Thốt nước - Chương 5-22 5-25 5-25 5-25 5-25 4-4 Chương CÁC HỆ THỐNG VÀ SƠ ĐỒ THOÁT NƯỚC (3LT) I-1 NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC VÀ CÁC LOẠI NƯỚC THẢI Hoạt động hàng ngày người đô thị điểm dân cư tạo nước thải Khái niệm nước thải: Là nguồn ô nhiễm, gồm: chất thải sinh lý người, động vật, chất thải trình sản xuất theo nước xả vào mơi trường xung quanh Tác hại nước thải: - Chứa nhiều chất vô độc hại, chất hữu dễ bị phân huỷ thối rữa, nhiều vi trùng gây bệnh nguy hiểm cho người động vật - Gây ngập lụt làm ảnh hưởng, hư hại tới nhiều đối tượng khác: đất đai, đường xá, c/trình kiến trúc Nhiệm vụ HTTN: Thu gom, vận chuyển nhanh chóng NT khỏi khu vực, đồng thời xử lý khử trùng đạt yêu cầu VS trước xả vào nguồn tiếp nhận Các loại nước thải: - Nước thải sinh hoạt: Từ chậu rửa, buồng tắm, nhà xí, tiểu - Nước thải sản xuất: Thải sau trình SX; thành phần khác nhau, phụ thuộc vào tính chất SX Phân biệt: + NTSX bẩn nhiều (nước bẩn): NT từ sở SX hóa chất, sản suất giấy, NT bệnh viện… chứa nhiều chất bẩn, độc hại + NTSX bẩn (NT sạch): nước để rửa thiết bị, làm thiết bị, nước làm mát không mang nhiều chất bẩn độc hại - Nước mưa bẩn: Sau rơi xuống chảy mặt đường, quảng trường, khu dân cư, xí nghiệp bị nhiễm bẩn Nước đô thị: NTSH, NTSX, dẫn chung hỗn hợp gọi nước thải đô thị I-2 SƠ ĐỒ VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC Khái niệm: HTTN tổ hợp c/trình, thiết bị giải pháp kỹ thuật tổ chức để thực nhiệm vụ chuyển NT khỏi khu vực Phân loại HTTN: (tuỳ thuộc phương thức thu gom, vận chuyển, mục đính yêu cầu xử lý sử dụng NT): Dương Thanh Lượng Bài giảng mơn học Thốt nước - Chương 4-5 - Hệ thống thoát nước chung - Hệ thống thoát nước riêng + Riêng hồn tồn + Riêng khơng hồn tồn - HT thoát nước nửa riêng Hệ thống thoát nước chung HTTN chung Cống góp nhánh; Cống góp chính; Trạm bơm chính; Cống xả nước xử lý; Giếng tách nước mưa; Cống xả nước mưa Đặc điểm: Tất loại nước (NM, NTSH, NTSX) vận chuyển chung ML tới trạm xử lý xả nguồn (Nhiều trường hợp có giếng tràn tách nước mưa cuối cống góp nhánh, đầu cống góp để giảm bớt quy mơ c/trình (mạng, trạm xử lý)) Hệ thống nước riêng HTTN riêng Mạng thoát nước SH; Mạng nước mưa; Trạm bơm chính; Cống xả nước xử lý; Cống xả NM NTSX quy ước Dương Thanh Lượng Bài giảng môn học Thoát nước - Chương 4-6 Đặc điểm: HT có nhiều mạng lưới Riêng hồn tồn: Mỗi loại có mạng riêng: - mạng thoát NM - mạng NTSH - mạng NTSX… Riêng khơng hồn tồn: Có thể gộp số loại NT vào mạng: - mạng để thoát NT bẩn (NTSH, NTSX bẩn) - mạng để thoát NT (NM, NTSX sạch) xả trực tiếp nguồn HT thoát nước nửa riêng HTTN nửa riêng Mạng thoát nước bẩn; Mạng thoát nước mưa; Trạm bơm chính; Cống xả nước xử lý; Giếng tràn tách nước; Cống xả nước mưa Đặc điểm: - HT có mạng lưới: MLTN bẩn MLTN mưa, làm việc sau: Khi mưa nhỏ: NTSH+NM thoát chung Khi mưa lớn: NTSH NM thoát riêng - Tại chỗ giao HT (NM NT) xây dựng giếng tràn tách nước mưa ***** (1) I-3 LỰA CHỌN SƠ ĐỒ HỆ THỐNG THOÁT NƯỚC Ưu nhược điểm điều kiện ứng dụng hệ thống thoát nước a Hệ thống thoát nước chung Ưu điểm: - Tổng chiều dài MLTN nhỏ (giảm 30÷40% so với HTTN riêng hồn tồn), đặc biệt kinh tế đ/v khu nhà cao tầng Chi phí QL mạng giảm 15÷20% Dương Thanh Lượng Bài giảng mơn học Thoát nước - Chương 4-7 - Tốt VS tồn loại nước xử lý (nếu không tách NM) Nhược điểm: - Chế độ th/lực (Q, H) cống c/trình (TXL, TB ) khơng đ/hồ, đ/k mưa lớn khu nhà thấp tầng Khi Q nhỏ: lắng cặn, Q lớn: ngập lụt - Vốn đầu tư ban đầu cao khơng có ưu tiên cho loại NT Điều kiện ứng dụng: - Giai đoạn đầu xây dựng HTTN riêng - Những đô thị khu thị nhà cao tầng, nhà có bể tự hoại - Nguồn tiếp nhận lớn, cho phép xả NT với mức độ XL thấp - Địa hình thuận lợi cho TN, giảm số lượng TB cột nước bơm - Cường độ mưa nhỏ b Hệ thống thoát nước riêng Ưu điểm: - Chỉ phải làm NTSH, NTSX bẩn, nên c/trình (cống, TB, CTXL) nhỏ; giá thành XL nước thấp - Giảm vốn đầu tư xây dựng - Chế độ thuỷ lực HT ổn định - Quản lý, bảo dưỡng dễ Nhược điểm: - Tổng chiều dài đường ống lớn (tăng 30÷40% so với HTTN chung) - Tồn song song nhiều HT c/trình, mạng đô thị, chiếm nhiều không gian - VS nước bẩn NM khơng XL mà thải trực tiếp vào nguồn (nhất lúc nguồn nước, khả pha lỗng kém) Điều kiện ứng dụng: - Đô thị lớn, tiện nghi, XNCN - Địa hình khơng thuận lợi, địi hỏi xây dựng nhiều TB, cột nước bơm lớn - Cường độ mưa lớn - NT địi hỏi phải XL sinh hố c Hệ thống thoát nước nửa riêng Ưu điểm: - Về VS tốt HTTN riêng thời gian mưa, chất bẩn không theo nước mưa xả trực tiếp nguồn - Phối hợp ưu điểm loại HT Nhược điểm: - Vốn đầu tư ban đầu cao phải xây dựng đồng thời HT Dương Thanh Lượng Bài giảng mơn học Thốt nước - Chương 4-8 - Giếng tách nước mưa thường không đạt hiệu mong muốn VS Điều kiện ứng dụng: - Đô thị >50.000 người - Yêu cầu mức độ XLNT cao khi: + Nguồn tiếp nhận thị nhỏ dịng chảy yếu + Những nơi có nguồn nước dùng vào mục đích tắm, thể thao + Khi y/c tăng cường bảo vệ nguồn khỏi bị nhiễm bẩn NT xả vào Một số ý chọn loại sơ đồ HTTN - Tuỳ theo điều kiện cụ thể mà chọn loại sơ đồ HTTN cho phù hợp sở so sánh kinh tế - kỹ thuật - Không xả NT vào kênh hở, vkQtk đ Qr[i]:=Qtk Qv[i].Δt + (P[i].F ) / 1000 − Qr[i].Δt + Z[i − 1] F s Z[i]>Zmax đ Zmax:=Z[i] i8m) Theo tiêu chuẩn phân loại khác * Theo độ cao đặt máy, có trạm đặt trạm đặt chìm * Theo mặt bằng, có trạm mặt trịn, chữ nhật, vng * Theo loại máy bơm, có trục ngang, trục đứng (li tâm, hướng trục, hướng chéo) * Theo hình thức điều khiển TB, có điều khiển thủ cơng, bán tự động, tự động, điều khiển chỗ, điều khiển từ xa, * Theo phương pháp xây dựng có: - TB BTCT chỗ - TB lắp ghép dùng kết cấu BTCT đúc sẵn - TB thi công đánh tụt * Kết cấu TB cần đảm bảo điều kiện sau: - Ổn định (chịu lực, đẩy nổi, lật, trượt, lún) - Chống thấm tốt - Dễ quản lý, dễ thau rửa nạo vét - Kinh tế - Vệ sinh (cần kín, cách cơng trình khác khoảng cách tối thiểu định) - *****(1) IX.3 CÁC LOẠI MÁY BƠM NƯỚC THẢI Bơm ly tâm, hướng trục, hướng chéo (1 cấp, nhiều cấp, cửa nước vào, cửa nước vào, trục đứng, trục ngang, bơm chìm) IX.4 BỂ CHỨA CỦA TRẠM BƠM THOÁT NƯỚC Lưu lượng bơm dung tích bể chứa Nhiệm vụ bể chứa: - Điều hồ lưu lượng: Lưu lượng NT tới TB ln dao động ngày Để làm cho lưu lượng TB điều hồ cần có bể chứa - Đảm bảo cho máy bơm làm việc ổn định: độ ngập miệng ống hút, tránh rung động, tránh mực nước hạ đột ngột đóng mở máy Cần xác định thể tích bể chứa Wbc So sánh trường hợp: Wbc↑→Qb↓, Gbc↑, Gbơm↓, TB đ/hoà, cặn bẩn dễ lắng, phân huỷ, lưu lâu Wbc↓→Qb↑, Gbc↓, Gbơm↑, TB khơng điều hồ Vậy cần chọn thể tích bể chứa hợp lý Thể tích bể chứa có quan hệ mật thiết với lưu lượng bơm chế độ bơm Chế độ NTSH phụ thuộc vào hệ số khơng điều hồ Chế độ NTSX phụ thuộc q trình cơng nghệ XNCN % 110 100 90 19,95% 80 70 Luỹ tích nước thải %Qng 60 Luỹ tích nước bơm Qb =4,17%Qng 50 Luỹ tích nước bơm Qb =6,25%Qng 40 6,85% 30 20 Luỹ tích nước bơm Qb =2,5%Qng 10 Qh (%Qng ) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Đường luỹ tích nước bơm nước thải - Nếu bơm điều hoà, 4,17%Qng → Wbc= 19,95%Qng - Nếu bơm 6,25%Qng → Wbc= 6,85%Qng - Nếu bơm 2,50%Qng → Không bơm cạn bể Để giảm dung tích bể chứa cần lấy chế độ bơm để đường luỹ tích nước bơm sát với đường luỹ tích nước thải, cho: - Mỗi lần bơm hoạt động khơng 5' - Mỗi đóng máy lần (nếu đóng mở tự động) - Mỗi đóng máy lần (nếu đóng mở thủ cơng) u cầu thể tích bể: - Khơng nhỏ q Wmin với Wmin = Q n ⎛ Q ⎜⎜1 − Qb ⎝ ⎞ ⎟⎟ ⎠ n - Số lần đóng mở máy h Qmin - Lưu lượng NT tối thiểu - Không nhỏ lượng nước MB bơm lớn 5÷10 phút (để tránh đóng mở nhiều lần) - Không lớn 50% Qh.max để tránh tượng thối rữa, lắng cặn *****(2) Ví dụ Xác định dung tích bể chứa Qtb.ng=10.368 m3/h Hình Đồ thị dùng để xác định dung tích bể chứa Qua đồ thị: Khống chế Qb=Qh.max=6,7%*Qng =6,7%*10.368=694,66 m3/h - Với nước đến 50%Qh.max=3,75Qng: Cho máy bơm đóng lần/giờ Wbc=0,56%*Qng=0,56%*10368=58,06 m3 Thời gian lần nghỉ: 10 ph Thời gian lần chạy: 10 ph - Với nước đến nhỏ 1,55%Qng: Cho máy bơm đóng lần/giờ Wbc=0,40%*Qng=0,40%*10368=41,47 m3 Thời gian lần nghỉ: 15,4 ph Thời gian lần chạy: 4,6 ph Ví dụ Xác định dung tích bể chứa Qh.max=300m3/h Hình Đồ thị dùng để xác định dung tích bể chứa Chú ý thêm: - TB lớn (>50 kW) , thời gian chạy lâu, số lần nghỉ - TB lớn chọn số máy bơm n≥2, thay đổi chế độ bơm cho phù hợp với lưu lượng đến nhằm giảm thể tích bể - Khu dân cư nhỏ, ban đêm nước, TB nhỏ nghỉ Lúc dung tích bể cần đủ để chứa tồn nước nghỉ - MNLN bể cao trình đáy cống dẫn vào - MNNN cao miệng vào ống hút 0,5 m - Đáy bể có i=0,1 hướng rốn bể; chiều sâu rốn bể 0,4÷0,8m - Trong bể cần có ống sục bùn - Lượng rác qua khe hở song chắn rác 16÷20mm lấy khoảng 6l/ng/năm Kết cấu trang bị bể chứa Có loại: - Loại kết hợp với nhà bơm - Loại riêng biệt với nhà bơm - Nếu dùng MB chìm MB đặt bể chứa kết cấu trạm đơn giản, không cần làm khơ - Nếu dùng máy có động khơ, phải có gian bơm riêng - Đáy bể làm dốc có hố thu để gom cặn - Thiết bị sục cặn - Song chắn rác giới song chắn rác thủ công - Nếu lưu lượng rác lớn (>0,1 m3/ngđ) có máy nghiền rác Sau nghiền đổ trước song chắn rác *****(3) IX.5 THIẾT KẾ ỐNG DẪN TÍNH CỘT NƯỚC BƠM VÀ CHỌN MÁY BƠM Thiết kế ống hút - Thường máy ống hút - Thường bố trí thẳng hàng - v=0,7÷1,0 m/s Thiết kế ống đẩy - Có thể riêng ghép song song - Số ống đẩy ≥ - v=1,0÷2,5 m/s Tính cột nước bơm Hb = Hđh + hh + hđ + h0 Hđh = Zđ − Zb Hb - Cột nước bơm Hđh - Cột nước địa hình Zđ - CT MN bể xả (nếu miệng xả ngập) CT tâm ống đẩy (nếu cao hơn) Zb - CT MN thấp bể chứa hh - Tổn thất thuỷ lực ống hút hđ - Tổn thất thuỷ lực ống đẩy h0 - Cột nước tự cửa ống đẩy (lấy m) Chọn máy bơm - Có Qb, Hb tiến hành chọn máy - Máy chọn phải phù hợp với tính chất NT - Cách chọn yêu cầu chọn MB ĐC tương tự cho TB nông nghiệp TB cấp nước - Thường chọn thêm máy dự trữ *****(4) IX-6 MỘT SỐ DẠNG KẾT CẤU TRẠM BƠM NƯỚC THẢI Các ngun lý tính tốn xác định cao trình, kích thước, cấu tạo phận nhà máy tương tự môn học Máy bơm trạm bơm (cho nông nghiêp) Dưới giới thiệu số dạng kết cấu nhà máy bơm Trạm bơm nước thải với máy bơm trục ngang Máy bơm Động Song chắn rác máy Máy nghiền rác Song chắn rác thủ công 6, Tấm chắn Trạm bơm nước thải với máy bơm trục đứng Máy bơm Động Song chắn rác máy Máy nghiền rác Song chắn rác thủ công 6, Tấm chắn Trạm bơm nước thải với máy bơm chìm Máy bơm Động Song chắn rác máy Máy nghiền rác Song chắn rác thủ công 6, Tấm chắn *****(5) IX-7 CÁC VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU THÊM Xả cố cho trạm bơm Đặc điểm bố trí máy bơm đường ống a Bố trí máy bơm b Bố trí ống đẩy thiết bị đo lường Có đồng hồ để: kiểm tra độ chân không cửa vào, áp suất cửa ra, lưu lượng Trạm bơm công suất nhỏ Trạm bơm cánh xoắn Tự động hoá trạm bơm Câu hỏi ôn tập - Chương Phân loại trạm bơm nước thải Trạm bơm nước thải: Nhiệm vụ lựa chọn vị trí đặt trạm bơm nước thải Nhiệm vụ bể chứa trạm bơm nước thải; yêu cầu cách xác định lưu lượng bơm dung tích bể chứa ... Thanh Lượng Bài giảng mơn học Thốt nước - Chương 4-5 - Hệ thống thoát nước chung - Hệ thống thoát nước riêng + Riêng hồn tồn + Riêng khơng hồn tồn - HT thoát nước nửa riêng Hệ thống thoát nước chung... Cấp nước bên - Tiêu chuẩn thiết kế Dương Thanh Lượng Bài giảng môn học Thoát nước - Chương 4-2 MỤC LỤC Trg 1-1 1-1 1-1 1-3 1-3 1-6 Chương Các hệ thống sơ đồ thoát nước I-1 Nhiệm vụ hệ thống thoát. .. Nhiệm vụ hệ thống thoát nước loại nước thải I-2 Sơ đồ phân loại hệ thống thoát nước I-3 Lựa chọn sơ đồ hệ thống thoát nước I-4 Sơ đồ thoát nước khu dân cư I-5 Sơ đồ thoát nước tổng hợp liên vùng