Cung c ấp đầy đủ lượng nước sạch là một vấn đề được quan tâm từ buổi ban đầu của n ền văn minh nhân loại. Trong một số thành phố cổ xưa đã có những hệ thống cấp nước c ục bộ, nhưng các[r]
(1)GIÁO TRÌNH
H
Ệ THỐNG CẤP NƯỚC
Ch
ịu trách nhiệm xuất bản:
BÙI HỮU HẠNHBiên tập: NGUYỄN THỊ BÌNH
Chế điện tử: NGUYỄN THỊ BÌNH
Sửa in: NGUYỄN KHÁNH LINH
Trình bày bìa: VŨ BÌNH MINH
(2)Mơc lơc
MỤC LỤC
Trang
Mục lục
Lời nói đầu
Bảng thuật ngữ danh từ viết tắt
Chương Hệ thống phân phối nước thiết bị
1.1 Hệ thống phân phối nước Khái niệm quy mô hệ thống cấp nước 11
1.1.1 Cấp nước 11
1.1.2 Các thành phần hệ thống cấp nước chức công trình
trong hệ thống 13
1.1.3 Phân loại hệ thống cấp nước 16
1.1.4 Tiêu chuẩn, chế độ dùng nước quy mô công suất trạm cấp nước 17 1.2 Quan hệ lưu lượng áp suất thành phần hệ thống cung cấp nước 25 1.2.1 Quan hệ lưu lượng xác định dung tích đài nước bể chứa 25 1.2.2 Quan hệ cơng trình hệ thống áp suất Xác định chiều cao
của đài nước cột nước yêu cầu máy bơm 32
1.3 Quy hoạch, tối ưu hoá thiết kế hệ thống phân phối nước 42
1.3.1 Quy hoạch hệ thống phân phối nước 42
1.3.2 Thiết kế tối ưu hệ thống vận chuyển phân phối nước 51 1.4 Tính tốn chi phí so sánh kinh tế - kỹ thuật phương án cấp nước
Đầu tư cho hệ thống cấp nước 57
1.4.1 Thiết lập nhiệm vụ tính tốn kinh tế kỹ thuật hệ thống dẫn phân phối nước 57 1.4.2 Hàm số chi phí Cách phân tích sử dụng hàm số chi phí
trong tính tốn kinh tế - kỹ thuật hệ thống dẫn phân phối nước 59 1.4.3 Phương pháp tính tốn kinh tế kỹ thuật mạng lưới cấp nước với lưu lượng
cho trước 66
1.5 Độ tin cậy hệ thống cấp nước 73
1.5.1 Khái niệm độ tin cậy hệ thống cấp nước 73
1.5.2 Phương pháp đảm bảo độ tin cậy cần thiết 78
1.6 Cấu tạo mạng lưới cấp nước 90
1.6.1 Vật liệu ống thiết kế đường ống 90
(3)hệ thống cấp nước
1.6.3 Ảnh hưởng vật liệu ống tới chất lượng nước 99
Chương Quản lý cung - cầu cấp nước 101
2.1 Tính tốn dự báo dân số 101
2.1.1 Mối quan hệ dân số lượng nước 101
2.1.2 Tính tốn dự báo dân số 101
2.2 Dự báo nhu cầu sử dụng nước hệ số sử dụng nước 106
2.2.1 Các lĩnh vực dùng nước cần dự báo 106
2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc dùng nước 106
2.2.3 Dự báo lượng nước yêu cầu 109
2.2.4 Ảnh hưởng thời tiết khí hậu 112
2.2.5 Ảnh hưởng giá 114
2.3 Quản lý cầu hệ thống cấp nước 116
2.3.1 Lấy mẫu đối tượng sử dụng nước 116
2.3.2 Phát triển tập liệu 116
2.3.3 Sử dụng nước số liệu vùng phục vụ 126
2.3.4 Các thành phần nhu cầu nước 131
2.3.5 Các quan hệ sử dụng nước 139
2.3.6 Phân tích tiết kiệm nước 150
2.4 Quản lý cung hệ thống cấp nước 157
2.4.1 Khái niệm 157
2.4.2 Các lựa chọn phía cung 158
2.4.3 Ước tính giá khối lượng nước tiết kiệm cho lựa chọn cung khác 165 Chương Chất lượng cấp nước
3.1 Chất lượng cấp nước 166
3.1.1 Các tiêu yêu cầu chất lượng cấp nước 166
3.1.2 Yêu cầu chủ đạo chất lượng nước cấp 173
3.1.3 Quy tắc điều chỉnh theo Chuẩn đánh giá 174
3.2 Các tiêu chuẩn chất lượng nước cấp 193
3.2.1 Tiêu chuẩn quốc tế 193
3.2.1 Tiêu chuẩn Việt Nam 197
3.3 Các trình biến đổi chất lượng nước mạng lưới cấp nước 204
3.3.1 Quá trình trộn nước 204
3.3.2 Ăn mịn lắng đọng ống 209
3.4 Phản ứng chất lượng nước 211
(4)Môc lôc
3.4.2 Hệ số phản ứng thành ống 212
3.4.3 Quan hệ phản ứng thành độ nhám ống 212
3.4.4 Phương pháp giải 213
Chương Mơ hình hố thiết kế hệ thống cấp nước
4.1 Giới thiệu áp dụng mô hình hệ thống phân phối nước 216
4.1.1 Ứng dụng mơ hình phân phối nước 217
4.1.2 Q trình lập mơ hình 219
4.1.3 Bản đồ số liệu 221
4.1.4 Mô thành phần hệ thống phân phối nước 223
4.1.5 Trình bày mơ hình 226
4.1.6 Bể chứa 229
4.1.7 Đài nước 229
4.1.8 Mối nối 233
4.1.9 Đường nối 234
4.1.10 Máy bơm 236
4.1.11 Van 240
4.1.12 Các điều khiển 245
4.2 Lý thuyết lập mơ hình 247
4.2.1 Các đặc tính chất lỏng 247
4.2.2 Tĩnh học động lực học chất lỏng 247
4.2.3 Tổn thất dọc đường 250
4.2.4 Tổn thất cục 255
4.2.5 Hệ số sức kháng thuỷ lực 257
4.2.6 Năng lượng - Máy bơm 259
4.2.7 Mơ hình chất lượng nước 261
4.3 Các loại mơ hình mơ 271
4.3.1 Mô trạng thái ổn định 271
4.3.2 Mô thời gian dài 271
4.4 Kiểm nghiệm hiệu lực hố thuộc tính mơ hình 273
4.4.1 Nguồn lỗi 273
4.4.2 Thu thập số liệu kiểm nghiệm 282
4.5 Giới thiệu phần mềm EPANET 296
4.5.1 EPANET ? 296
4.5.2 Khả mô thuỷ lực 296
4.5.3 Khả mô chất lượng nước 297
(5)hệ thống cấp nước
4.6 GIS hệ thống phân phối nước 298
4.6.1 Tổng quát việc áp dụng GIS cho mạng lưới cấp nước 298
4.6.2 Quy hoạch, thiết kế lập dự án 299
4.6.3 Vận hành mạng lưới cấp nước 304
4.7 Phần mềm thiết kế hệ thống cấp nước DC Water Design Extension 309
4.7.1 Giới thiệu DC Water Design Extension 309
4.7.2 Sử dụng DC Water Design Extension 310
4.8 Phần mềm GISRed 318
4.8.1 Giới thiệu GISRed 318
4.8.2 Sử dụng GISRed 319
Chương Nước va mạng lưới phân phối nước 321
5.1 Các sở lý thuyết nước va Phương trình 321
5.1.1 Khái quát tượng nước va 321
5.1.2 Các cơng thức tính tốn nước va đường ống 324 5.1.3 Đặc tính thuỷ lực van tính tốn nước va 325
5.1.4 Đặc tính bất thường máy bơm 329
5.2 Giảm nước va 331
5.2.1 Các thông số nước va 332
5.2.2 Các phương pháp thiết bị giảm nước va 332
5.3 Sử dụng phần mềm HiTrans 337
5.3.1 Giới thiệu HiTrans 337
5.3.2 Sử dụng HiTrans 338
5.3.3 Các đặc điểm kỹ thuật 340
5.3.4 Giải toán nc va 343
(6)Lời nói đầu
LỜI NÓI ĐẦU
Nước một nhu cầu đời sống hàng ngày người trở thành đòi hỏi bách việc bảo vệ sức khoẻ cải thiện điều kiện sinh hoạt cho nhân dân, nghiệp công nghiệp hoá, đại hoá đất nước
Với quan tâm Nhà nước gần có thêm giúp đỡ nước tổ chức quốc tế, nhiều hệ thống cấp nước sinh hoạt tập trung xây dựng, góp phần làm thay đổi đáng kể chất lượng sống nhân dân theo hướng ngày văn minh Tuy nhiên việc cấp nước nước ta mức thấp, hầu hết hệ thống cấp nước kể cả đô thị nông thôn chưa đảm bảo tiêu chuẩn cấp nước số lượng chất lượng; đặc biệt phận lớn dân cư nông thôn chủ yếu sử dụng nước trực tiếp từ nguồn tự nhiên mà khơng có kiểm sốt
Để khắc phục tình trạng đó, chục năm Nhà nước ta dành ưu tiên lớn cho chương trình cấp nước sinh hoạt Các nhà tài trợ nước quan tâm giúp công tác
Qua nửa kỷ xây dựng, đội ngũ cán khoa học kỹ thuật lĩnh vực cấp nước của nước ta khơng ngừng lớn mạnh Nhiều trường đại học, cao đẳng, trung học chuyên nghiệp, các đơn vị ngành cấp nước đảm đương cơng việc khâu đào tạo cán kỹ thuật, nghiên cứu khoa học, triển khai công nghệ cấp nước Tuy nhiên, để phục vụ cho đòi hỏi ngày cao xã hội, ngành kinh tế tất đối tượng dân cư vùng miền dịch vụ cấp nước, để tiếp cận đến trình độ tiên tiến của giới công nghệ cấp nước, đội ngũ cán khoa học kỹ thuật cấp nước cịn phải tiếp tục nâng cao lực
Với ý nghĩa nêu trên, việc xây dựng thêm sở học liệu cho ngành Cấp thoát nước điều cần trọng; lý cho đời giáo trình Hệ thống cấp nước
Môn học Hệ thống cấp nước đề xuất khuôn khổ Tiểu hợp phần 1.3 "Hỗ trợ tăng
cường lực cho Trường Đại học Thủy lợi" dự án Hỗ trợ ngành nước (WaterSPS)
DANIDA để đưa vào chương trình đào tạo cao học ngành Cấp nước Trường Đại học Thuỷ lợi
Giáo trình Hệ thống cấp nước Bộ mơn Cấp thoát nước trường Đại học Thuỷ lợi biên soạn theo nhiệm vụ Nhà trường giao Đề cương giáo trình xây dựng với tư vấn phối hợp chuyên gia tư vấn Dự án giảng viên thuộc Bộ mơn Cấp nước của Trường Đại học Thuỷ lợi Giáo trình Hệ thống cấp nước tài liệu cho đào tạo cao học ngành học Cấp thoát nước Trường Đại học Thuỷ lợi
(7)hệ thống cấp nước
8
những năm gần lĩnh vực cấp nước giới, song đưa vào số nội dung cơ môn học từ tài liệu sử dụng Việt Nam
Nội dung chủ yếu sách gồm: Chương Hệ thống phân phối nước thiết bị Chương Quản lý cung - cầu cấp nước Chương Chất lượng cấp nước
Chương Mơ hình hố thiết kế hệ thống phân phối nước Chương Nước va mạng lưới phân phối nước
Chúng xin bày tỏ cảm ơn đặc biệt tới TS Roger Chenevey - Cố vấn trưởng Tiểu hợp phần 1.3 đồng thời chuyên gia tư vấn quốc tế xây dựng đề cương giáo trình giúp đỡ đầy hiệu ông, tới GS TS Trần Hiếu Nhuệ - chuyên gia tư vấn nước xây dựng đề cương giáo trình, tới PGS TS Phạm Ngọc Hải - Trưởng khoa Quy hoạch quản lý hệ thống cơng trình - người tham gia xây dựng đề cương giáo trình
Chúng xin bày tỏ cảm ơn chân thành tới PGS TS Trần Đức Hạ PGS TS Lê Chí Nguyện, chuyên gia phản biện giáo trình, đặc biệt ý kiến đóng góp quý báu của PGS TS Trần Đức Hạ với cương vị chuyên gia Dự án đảm bảo chất lượng cho giáo trình
Chúng xin chân thành cảm ơn KS Đặng Minh Hải, KS Nguyễn Mạnh Tuân, KS Nguyễn Vinh Ngọc tập thể giảng viên Bộ môn Cấp nước, tồn Khoa Quy hoạch quản lý hệ thống cơng trình giúp đỡ chúng tơi q trình biên soạn
Cũng xin nói Giáo trình khơng thể hồn thành thiếu quan tâm, đạo, động viên tạo điều kiện làm việc thuận lợi Ban Giám hiệu Trường Đại học Thủy lợi, Văn phòng dự án Hỗ trợ ngành nước (WaterSPS) DANIDA
Giáo trình xuất lần đầu để kịp thời phục vụ cho đào tạo cao học ngành Cấp thoát nước chuẩn bị mở Trường Đại học Thuỷ lợi nên chưa thực hồn chỉnh khơng tránh khỏi nhiều sai sót Chúng tơi mong nhận ý kiến phê bình đóng góp bạn đọc
Mọi ý kiến xin gửi về:
Bộ mơn Cấp nước, Trường Đại học Thuỷ lợi, 175, Tây Sơn, Đống Đa, Hà Nội
Chúng xin chân thành cảm ơn!
(8)bảng thuật ngữ danh từ viết t¾t
BẢNG CÁC THUẬT NGỮ VÀ DANH TỪ VIẾT TẮT AI Chỉ tiêu độ linh hoạt Aggressive Index
AOAC Hiệp hội nhà hoá phân tích thống
Association of Official Analytical Chemists
AWWA Hiệp hội ngành nước Mỹ American Water Works Association AWWARF Quỹ nghiên cứu Hiệp hội ngành
nước Mỹ American Water Work Association's Research Foundation BWSU Chuẩn đánh giá ngành dịch vụ nước
vệ sinh
Benchmaking Water and Sanitation Utilities
CIS Hệ thống thông tin khách hàng Customer Information Systems DFI Chỉ tiêu động lực Driving Force Index
DS Lượng chất rắn hịa tan Dissolved Solids
DVM Phương pháp thể tích rời rạc Discrete Volume Method EDM Phương pháp kiện không chế Event Driven Method EPS Mô thời gian dài Extension Period Simulation FDM Phương pháp sai phân hữu hạn Finite Difference Method FIFO Dòng chảy lớp "vào trước trước" Plug flow “First-In-First-Out”
GASB Ban tiêu chuẩn tốn phủ Government Accounting Standard Board GIS Hệ thống thông tin địa lý Geographic Information Systems
GSS Chương trình chuẩn bảo hành Guaranteed Standards Scheme ILI Chỉ số thất thoát hệ thống cấp nước Infrastructure Leakage Index IWA Hiệp hội nước quốc tế International Water Association
IWSA Hiệp hội cấp nước quốc tế International Water Supply Association
JTU Độ đục Jackson Jackson Turbidity Unit
LIFO Dòng chảy lớp "vào sau trước" Plug flow “Last-In-First-Out” LSI Chỉ tiêu độ bão hoà Langelier Langelier Saturation Index MWA Hiệp hội nước Malaysia Malaysia Water Association NPSH Độ cao hút nước thực dương Net Positive Suction Head
NTU Độ đục Nephel Nephelometric Turbidity Unit
OFWAT Văn phòng cung cấp nước Office of Water Services OLS Phương pháp bình phương nhỏ
thơng thường
(9)hệ thống cấp nước 10
PI Chỉ số thực Performance Indicator
RI Chỉ tiêu độ bão hoà Ryznar Ryznar Index SCADA Hệ thống kiểm soát giám sát thu
thập số liệu
Supervisory Control And Data Acquisition SMCL Các mức độ chất ô nhiễm tối đa Secondary Maximum Contaminant Levels SMEWW Các phương pháp chuẩn xét nghiệm
nước nước thải
Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water
SPBNET Mạng lưới đánh giá tiêu chuẩn thực cung cấp dịch vụ
Service Provides’ Performance Indicators and Benchmarking Network
SS Lượng chất rắn lơ lửng Suspended Solids TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
TDM Phương pháp thời gian khống chế Time Driven Method
TIRL Chỉ số kỹ thuật cho tổn thất nước thực Technical Indicator for Real Losses TS Tổng hàm lượng chất rắn Total Solids
UARL Tổn thất nước thực hàng năm không tránh khỏi
Unavoidable Annual Real Losses
USEPA Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ United States Environmental Protection Agency
VS Lượng chất rắn bay Volatile Solids
WUP Hiệp hội ngành nước (Châu Phi) Water Utility Partnership
(10)
Chương - hệ thống phân phối nước thiết bị 11
Chương 1
H
Ệ THỐNG PHÂN PHỐI NƯỚC VÀ THIẾT BỊ
1.1 HỆ THỐNG PHÂN PHỐI NƯỚC- KHÁI NIỆM VÀ QUY MÔ CỦA HỆ THỐNG CẤP NƯỚC
1.1.1 Cấp nước
1 Tầm quan trọng cấp nước
Cung cấp đầy đủ lượng nước vấn đề quan tâm từ buổi ban đầu văn minh nhân loại Trong số thành phố cổ xưa có hệ thống cấp nước cục bộ, hệ thống cấp nước thường không đầy đủ nước vận chuyển từ nơi xa máng dẫn nước đơn giản Tuy hệ thống không phân phối nước tới khu vực dân cư độc lập, mang nước tới số vị trí trung tâm khu dân cư, sau người dân lấy nước nhà cho gia đình họ
Cho đến kỷ 17, đường ống chịu áp lực xuất hiện, đường ống cịn có hạn chế; ống làm gỗ, đất sét, chì Nhờ đời ống gang, giảm dần chi phí q trình đúc ống gang, với phát minh cải tiến máy bơm chạy máy nước, nước phân phối tới khu vực dân cư tập trung mà khu vực nhỏ cung cấp nước công cộng
Sự cung cấp nước đáp ứng phần nhu cầu sử dụng người, hầu hết nguồn nước tự nhiên khơng thích hợp cho việc sử dụng trực tiếp Hơn nữa, chất thải thành phố phát triển làm ô nhiễm hệ thống cung cấp nước Do đó, phải có biện pháp xử lý để bảo vệ sức khoẻ người sử dụng
Ít từ trước năm 2000 trước cơng ngun, q trình lọc nước sử dụng việc xử lý nước Tuy nhiên, ứng dụng q trình xử lý cách có tổ chức phổ biến sau năm 1900 Đến đầu kỷ XIX, nước để cung cấp cho thành phố xử lý bể lọc chậm Số lượng trường hợp mắc bệnh liên quan đến nước giảm cách đáng kể đưa Clo vào khử trùng Việc phát tồn nguồn dịch bệnh có nước kiểm sốt chúng đóng góp đáng kể cho việc giảm trường hợp mắc bệnh
(11)Hệ thống cấp nước 12
bệnh loại xảy nước Mỹ 38 trường hợp năm Hầu hết vụ gắn liền với thiếu sót hệ thống phân phối xử lý nước
2 Các loại nhu cầu nước
Nước dùng cho mục đích khác nhau: sinh hoạt, sản xuất mục đích khác Có thể chia thành ba loại nhu cầu dùng nước: cho sinh hoạt, cho sản xuất cho chữa cháy
a) Nước dùng cho sinh hoạt
Nước cho sinh hoạt nước phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt người nước dùng để ăn, uống, tắm rửa, giặt, chuẩn bị nấu ăn, cho khu vệ sinh, tưới đường, tưới Loại nước chiếm đa số khu dân cư Hệ thống cấp nước cho sinh hoạt phổ biến chiếm tỷ lệ lớn tổng số hệ thống cấp nước Nước dùng cho sinh hoạt phải đảm bảo tiêu chuẩn hoá học, lý học vi sinh theo yêu cầu quy phạm đề ra, không chứa thành phần vật lý, hoá học vi sinh ảnh hưởng đến sức khoẻ người Đối với hệ thống cấp nước hoàn chỉnh đại, nước điểm lấy nước mạng lưới nước uống trực tiếp Yêu cầu thường đạt độ an tồn cần thiết để uống trực tiếp được, nhiều nơi nước cịn chưa đảm bảo độ an tồn cần thiết đường ống cũ nát, bị rò rỉ nhiều mối nối phụ kiện, áp suất nước ống nhiều xuống thấp nên chất bẩn bên ngồi xâm nhập vào bên gây ô nhiễm nước
b) Nước dùng cho sản xuất
Có nhiều ngành cơng nghiệp dùng nước với yêu cầu lưu lượng chất lượng khác Có ngành yêu cầu chất lượng nước khơng cao số lượng nước lớn, ngược lại có ngành yêu cầu số lượng nước không nhiều chất lượng cao, ví dụ nước cho ngành dệt, nước cấp cho nồi hơi, nước cho vào sản phẩm đồ ăn uống Đối với ngành cơng nghiệp luyện kim, hóa chất, u cầu lưu lượng nước lớn yêu cầu chất lượng thường không cao Lượng nước cấp cho sản xuất nhà mày tương đương với nhu cầu dùng nước thị có dân số hàng chục vạn dân
c) Nước dùng cho chữa cháy
Dù khu vực dân cư hay khu cơng nghiệp có khả xảy cháy Vì vậy, hệ thống cấp nước cho sinh hoạt hay sản xuất phải tính đến trường hợp có cháy Nước dùng cho việc chữa cháy luôn dự trữ bể chứa nước thành phố Khi tính tốn mạng lưới đường ống phân phối có tính đến khả làm việc mạng lưới có cháy xảy dùng nước lớn
1.1.2 Các thành phần hệ thống cấp nước chức công trình trong hệ thống
(12)Chương - hệ thống phân phối nước thiết bị 13 tiờu thụ Hệ thống cấp nước bao gồm nhiều cụng trỡnh với cỏc chức làm việc khỏc bố trớ hợp lý theo cỏc thành phần liờn hoàn, nhằm đỏp ứng yờu cầu quy mụ dựng nước cỏc đối tượng
Thông thường, hệ thống cấp nước bao gồm cơng trình chức sau: 1 Cơng trình thu nước
Cơng trình thu nước dùng để lấy nước từ nguồn nước lựa chọn Nguồn nước nước mặt (sông, hồ, suối ) hay nước ngầm (mạch nơng, mạch sâu, có áp khơng áp) Trong thực tế nguồn nước sử dụng phổ biến là: nước sông, hồ, nước ngầm mạch sâu, dùng để cung cấp cho ăn uống sinh hoạt cơng nghiệp
Cơng trình thu nước mặt gần bờ xa bờ, kết hợp riêng biệt, cố định hay tạm thời Cơng trình thu nước sơng hồ dùng cửa thu ống tự chảy, ống xi phơng cá biệt có trường hợp dùng cửa thu ống tự chảy đến trạm xử lý mức nước nguồn cao cao độ trạm xử lý (ví dụ nhà máy nước thị xã Hồ Bình lấy nước từ hồ chứa Hồ Bình) Cơng trình thu nước ngầm giếng khoan, cơng trình thu nước dạng nằm ngang hay giếng khơi
2 Trạm bơm cấp nước
Các trạm bơm cấp nước bao gồm trạm bơm cấp I trạm bơm cấp II
Trạm bơm cấp I (hay gọi trạm bơm nước thơ) dùng để đưa nước từ cơng trình thu nước lên cơng trình làm Trạm bơm cấp I thường đặt riêng biệt bên trạm xử lý nước, có trường hợp lấy nước từ xa, khoảng cách đến trạm xử lý tới vài km chí hàng chục km Trường hợp sử dụng nguồn nước mặt, trạm bơm cấp I kết hợp với cơng trình thu nước xây dựng riêng biệt Khi sử dụng nước ngầm, trạm bơm cấp I thường máy bơm chìm có cột nước cao, bơm nước từ giếng khoan tới trạm xử lý
Trạm bơm cấp II (hay gọi trạm bơm nước sạch) bơm nước từ bể chứa nước vào mạng lưới cấp nước Hoặc trạm bơm tăng áp để nâng áp suất dòng chảy mạng lưới cấp nước để dẫn đến hộ tiêu dùng
3 Các cơng trình làm xử lý nước
Các cơng trình xử lý nước có nhiệm vụ loại bỏ tạp chất có hại, độc tố, vi khuẩn, vi trùng khỏi nước Các cơng trình làm nước gồm có bể trộn, bể phản ứng, bể lắng, bể lọc, giàn mưa, thùng quạt gió, bể lắng tiếp xúc Ngồi ra, dây chuyền cơng nghệ xử lý nước cịn có số cơng trình xử lý đặc biệt khác tùy theo chất lượng nước nguồn chất lượng nước u cầu
4 Các cơng trình điều hịa dự trữ nước
Các cơng trình điều hoà nước gồm bể chứa nước đài nước
(13)Hệ thống cấp nước 14
Đài nước làm nhiệm vụ điều hòa lưu lượng nước trạm bơm cấp II mạng lưới cấp nước, ngồi cịn dự trữ lượng nước chữa cháy thời gian đầu (thường lấy 10 phút) xảy đám cháy Ngoài ra, đài nước cao làm nhiệm vụ tạo áp suất cung cấp nước cho mạng lưới cấp nước
5 Mạng lưới đường ống
Mạng lưới đường ống phân phối nước làm nhiệm vụ phân phối dẫn nước đến hộ tiêu thụ Mạng lưới đường ống phân phối phân cấp thành mạng cấp I mạng truyền dẫn, mạng cấp II mạng phân phối mạng cấp III mạng đấu nối với ống cấp vào nhà Mạng lưới đường ống phân thành ba cấp để đảm bảo việc phân phối quản lý tốt mạng lưới, giảm thất nước mạng lưới Có mạng lưới không tuân theo cách cấu tạo trên, cho phép hộ tiêu dùng lấy nước trực tiếp từ mạng truyền dẫn chi tiết nối đai khởi thuỷ
- Mạng lưới cấp nước chia thành hai loại: mạng lưới cụt mạng lưới vịng, mạng lưới kết hợp hai loại Cụ thể là:
- Mạng lưới cụt (mạng nhánh) thường dùng cho đối tượng cấp nước tạm thời cấp nước cho công trường xây dựng vùng nơng thơn, thị trấn có quy mơ nhỏ, vùng thị phát triển mà chưa hồn chỉnh quy hoạch
- Mạng lưới vòng dùng cho đối tượng cấp nước quy mô lớn, thành phố có quy hoạch ổn định
- Mạng lưới kết hợp hai loại dùng cho thành phố, thị xã phát triển Đối với khu trung tâm có quy hoạch ổn định, hệ thống hạ tầng hồn chỉnh lắp đặt mạng lưới vịng; cịn khu vực phát triển lắp đặt mạng lưới cụt để đến hệ thống hạ tầng tương đối hồn chỉnh nối thêm ống để tạo thành mạng vòng
6 Sơ đồ tổng qt cơng trình hệ thống cấp nước
(14)Chương - hệ thống phân phối nước thiết bị 15
1- Giếng trạm bơm giếng; 2- Ống dẫn nước thô; 3- Các cơng trình khử sắt; 4- Bể chứa nước sạch;
5- Trạm bơm cấp II; 6- Đường ống truyền dẫn; 7- Đài nước;
8- Mạng lưới cấp nước
Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống cấp nước dùng nguồn nước ngầm
1 Trạm bơm cấp I cấp CT thu nước; Bể lắng;
3 Bể lọc;
4 Bể chứa nước sạch;
5 Trạm bơm cấp II; Đài nước;
7 Đường ống truyền dẫn; Mạng lưới cấp nước
Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống cấp nước dùng nguồn nước sông (nước mặt)
Trên sơ đồ tổng quát hệ thống cấp nước đô thị Trong thực tế, loại nước mặt hay nước ngầm, tùy theo chất lượng nước nguồn, điều kiện địa hình điều kiện kinh tế mà sơ đồ hệ thống cấp nước phải thêm bớt số cơng trình đơn vị
Ví dụ, số nguồn nước có chất lượng tốt đạt tiêu chuẩn nước ăn uống, sinh hoạt khơng phải xây dựng trạm xử lí Khi khu xử lý đặt vị trí cao, đảm bảo đủ áp suất phân phối cho khu dân cư, khơng cần xây dựng trạm bơm cấp II mà áp dụng mạng lưới cấp nước tự chảy Nếu có điều kiện đặt đài nước núi, đồi cao dạng bể chứa tạo áp, đài khơng phải xây chân kinh tế nhiều Một số nguồn nước có hàm lượng cặn cao (trên 2.500 mg/l) phải xây dựng thêm cơng trình xử lý sơ trước hệ thống cấp nước nói
(15)Hệ thống cấp nước 16
Dựa vào tiêu chí khác nhau, hệ thống cấp nước phân loại theo: đối tượng phục vụ, chức phục vụ, phương pháp sử dụng nguồn cung cấp nước, phương pháp vận chuyển nước, phương pháp chữa cháy phạm vi phục vụ Có thể chia hệ thống cấp nước loại sau:
1 Theo đối tượng phục vụ
-Hệ thống cấp nước dân cư, bao gồm hệ thống cấp nước cho thành phố, thị xã, thị trấn, thị tứ, nông thôn,
-Hệ thống cấp nước công nghiệp, bao gồm hệ thống cung cấp nước cho nhà máy, xí nghiệp, khu chế xuất,
-Hệ thống cấp nước nông nghiệp, bao gồm hệ thống cấp nước cho chăn nuôi, tiểu thủ công nghiệp,…
-Hệ thống cấp nước đường sắt, chủ yếu để cung cấp nước cho đầu máy xe lửa chạy nước nước phục vụ hành khách tàu
2 Theo chức phục vụ
-Hệ thống cấp nước ăn uống sinh hoạt: dùng để cung cấp nước cho khu dân cư
nhằm đáp ứng nhu cầu ăn uống, sinh hoạt
-Hệ thống cấp nước sản xuất:dùng để cung cấp nước cho dây chuyền công nghệ
sản xuất nhà máy
-Hệ thống cấp nước chữa cháy: dùng để cung cấp lượng nước cần thiết để dập tắt
đám cháy có vụ cháy xảy
-Hệ thống cấp nước kết hợp: kết hợp hai hay nhiều hệ thống riêng biệt thành hệ thống chung Ví dụ, hệ thống cấp nước kết hợp ăn uống, sinh hoạt chữa cháy, kết hợp ba chức phục vụ vào hệ thống cấp nước
3 Theo phương pháp sử dụng
-Hệ thống cấp nước chảy thẳng:nước cấp cho mục đích sử dụng đó, sau
đó thải vào mạng lưới nước thị Thơng thường hệ thống cấp nước sinh hoạt hệ thống cấp nước chảy thẳng
- Hệ thống cấp nước tuần hồn: thơng thường áp dụng cơng nghiệp Nước sử dụng cho mục đích đó, đưa đến trạm xử lý, đồng thời bổ sung thêm lượng nước sử dụng bị thất thoát Sau xử lý, nước lại đưa quay trở lại phục vụ cho mục đích sử dụng
-Hệ thống cấp nước tái sử dụng: chủ yếu áp dụng công nghiệp Nước đượcsử dụng cho mục đích (ví dụ làm nguội máy móc, sản phẩm) cịn sạch, có nhiệt độ tăng, đưa vào sử dụng cho mục đích khác phù hợp (như rửa đồ hộp, chai lọ, rửa sàn )
4 Theo nguồn cung cấp nước
(16)Chương - hệ thống phân phối nước thiết bị 17 - Hệ thống cấp nước lấy nước ngầm: cú thể nước ngầm mạch nụng hay sõu
5 Theo phương pháp vận chuyển nước
- Hệ thống cấp nước có áp: có máy bơm bơm nước vận chuyển đường ống có
áp Loại phổ biến
- Hệ thống cấp nước tự chảy: lợi dụng địa hình, cho nước tự chảy ống máng Tự chảy tự chảy có áp chảy đầy ống tự chảy không áp, thường chảy máng hở
6 Theo phương pháp chữa cháy
- Hệ thống cấp nước có hệ thống chữa cháy áp suất cao: có áp suất tự cần thiết vịi phun chữa cháy đặt điểm cao nhà cao không nhỏ 10 m với lưu lượng tính tốn vịi l/s
-Hệ thống cấp nước có hệ thống chữa cháy áp suất thấp: có áp suất tự mạng lưới cấp nước chữa cháy khơng nhỏ 10 m tính từ mặt đất
7 Theo phạm vi phục vụ
- Hệ thống cấp nước bên ngoài gồm hệ thống cấp nước đô thị, hệ thống cấp nước công nghiệp
- Hệ thống cấp nước cho khu dân cư nhỏ (tiểu khu) nằm đô thị - Hệ thống cấp nước nhà.
1.1.4 Tiêu chuẩn, chế độ dùng nước quy mô công suất trạm cấp nước
1 Tiêu chuẩn dùng nước
Tiêu chuẩn dùng nước thông số thiết kế hệ thống cấp nước Nó dùng để xác định quy mơ hay công suất cấp nước cho đô thị, khu dân cư, khu cơng nghiệp, xí nghiệp
Tiêu chuẩn dùng nước có nhiều loại: tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt người dân, tiêu chuẩn nước sinh hoạt công nhân làm việc, tiêu chuẩn tắm cơng nhân phân xưởng nóng phân xưởng bình thường sau tan ca, tiêu chuẩn nước sản xuất, chữa cháy, nước tưới, v.v
Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: mức độ trang bị kỹ thuật vệ sinh bên nhà dân cư, điều kiện khí hậu địa phương, điều kiện kinh tế khu vực, phong tục tập quán, v.v
Tiêu chuẩn dùng nước chữa cháy phụ thuộc vào quy mô dân số đô thị, mức độ chịu lửa khối tích nhà, v.v
Tiêu chuẩn dùng nước sản xuất phụ thuộc vào loại sản phẩm sản xuất tính chất dây chuyền cơng nghệ sản xuất Tiêu chuẩn khác xí nghiệp công nghiệp phân xưởng khác
(17)Hệ thống cấp nước 18
Tiêu chuẩn dùng nước tính tốnlà lượng nước tiêu thụ trung bình người
một ngày đêm ngày dùng nước lớn so với ngày khác năm Chế độ dùng nước biểu thị lượng nước sử dụng thay đổi theo thời gian Để biểu thị dùng nước không ngày năm người ta đưa khái niệm hệ số khơng điều hịa ngày Kng
Tỷ số lượng nước tiêu thụ ngày dùng nước lớn nhỏ so với ngày dùng nước trung bình năm gọi hệ số khơng điều hồ ngày lớn Kng max hệ số
khơng điều hồ ngày nhỏ Kng Thông thường Kng maxdao động khoảng 1,3÷1,4
Lượng nước tiêu thụ ngày đêm khác (ban ngày vào cao điểm tiêu thụ nhiều, ban đêm tiêu thụ ) Do đó, người ta cịn đưa khái niệm hệ số khơng điều hịa Kh
Tỷ số lượng nước tiêu thụ dùng nước lớn nhỏ so với dùng nước trung bình ngày đêm gọi hệ số khơng điều hồ lớn Khmax
và hệ số khơng điều hồ nhỏ Khmin Hệ số Khmax thường dao động khoảng
1,3 ÷1,7 tùy thuộc vào quy mơ thành phố Thành phố có hệ số Kh max nhỏ chế độ dùng
nước điều hòa ngược lại
Khi lập bảng thống kê lưu lượng nước cho thành phố tham khảo số liệu thống kê chế độ tiêu thụ nước khu dân cư có điều kiện tương đương với khu vực tính tốn Tỷ số lượng nước tiêu thụ dùng nước lớn ngày dùng nước lớn so với dùng nước trung bình ngày dùng nước trung bình gọi hệ số khơng điều hồ chung Kc (Kc=KngmaxKh max)
Theo TCXD 33:1985, tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt cho khu dân cư đô thị xác định theo bảng 1.1
Bảng 1.1 Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt hệ số Kh max
cho khu dân cư đô thị
Mức độ tiện nghi nhà khu dân cư đô thị
Tiêu chuẩn dùng nước
ngày trung bình, l/ng/ngđ Khmax
1 Nhà không trang thiết bị vệ sinh, lấy nước vịi cơng cộng
40÷60 2,5÷2,0
2 Nhà có vịi nước, khơng có thiết bị vệ sinh khác 80÷100 2,0÷1,8 Nhà có hệ thống cấp nước bên
khơng có thiết bị tắm
120÷150 1,8÷1,5
4 Như trên, có thiết bị tắm hoa sen 150÷200 1,7÷1,4
5 Nhà có hệ thống cấp nước bên có bồn
tắm có cấp nước nóng cục 200
÷300 1,5÷1,3
Ghi chú:
-Hệ số khơng điều hịa Kngmax = 1,3 ÷1,4
(18)Chương - hệ thống phân phối nước thiết bị 19 Tiờu chuẩn dựng nước sinh hoạt cụng nhõn sản xuất xớ nghiệp thường xỏc định qua điều tra cỏc xớ nghiệp tương tự, cú thể tạm lấy theo bảng 1.2
Bảng 1.2 Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt hệ số không điều hịa các xí nghiệp cơng nghiệp
Loại phân xưởng Tiêu chuẩn dùng nước
l/ng/ca Khmax
1 Phân xưởng nóng toả nhiệt 20kcal/m2
/h 35 2,5
2 Các phân xưởng bình thường khác 25 3,0
Ghi chú:
- Lượng nước tắm cho cơng nhân sau làm việc lấy là:
+ 40 lít cho lần tắm công nhân làm việc phân xưởng bình thường
+ 60 lít cho lần tắm công nhân làm việc phân xưởng nóng
- Tỷ lệ số cơng nhân tắm phân xưởng tùy thuộc vào loại sản xuất, tính chất cơng việc, tham khảo số liệu chuyên gia công nghệ số liệu điều tra thực tế phân xưởng tương tự
- Thời gian tắm sau ca sản xuất thường kéo dài 45 phút với lưu lượng nước tính tốn cho hương sen sơ tính 500 l/h
Theo TCVN 2622:1995, tiêu chuẩn dùng nước chữa cháycho khu dân cư theo số
đám cháy đồng thời, lấy theo bảng 1.3
Bảng 1.3 Tiêu chuẩn dùng nước chữa cháy cho khu dân cư theo số đám cháy đồng thời
Số dân (× 1000)
Số đám cháy đồng
thời
Lưu lượng cho đám cháy, l/s Nhà hai tầng với
bậc chịu lửa
Nhà hỗn hợp tầng, không phụ thuộc bậc
chịu lửa
Nhà ba tầng, không phụ thuộc
bậc chịu lửa I, II, III IV
Đến 5 10 10
25 10 10 15 15
50 15 20 25 25
100 20 25 35 35
200 - - 40 40
300 - - 55 55
400 - - 70 70
500 - - 80 80
(19)Hệ thống cấp nước 20
Tiêu chuẩn dùng nước sản xuất lấy theo yêu cầu loại hình sản xuất, tham khảo bảng lập theo kinh nghiệm tham khảo số liệu từ thiết kế dây chuyền công nghệ
Chế độ dùng nước số liệu quan trọng thiết kế hệ thống cấp nước Nó dùng để lựa chọn chế độ làm việc trạm bơm để xác định dung tích bể chứa, đài nước Chế độ dùng nước thay đổi phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, chế độ làm việc, nghỉ ngơi người, chế độ hoạt động nhà máy xác định sở phân tích số liệu điều tra thống kê thực tế hệ thống cấp nước có trình bày bảng xếp lượng nước tiêu thụ theo ngày đêm (gọi biểu đồ dùng nước) giới thiệu hình 1.3
2 Lưu lượng tính tốn, cơng suất trạm cấp nước
a) Lưu lượng nước cho khu dân cư
Lưu lượng nước cho khu dân cư tính tốn theo cơng thức sau: DC tb
tb.ng®
q N Q
1000
= , m3/ngđ (1.1)
DC tb
max ng® ng max
q N q.N
Q K
1000 1000
= = , m3/ngđ (1.2)
DC DC
max ng® tb ng®
DC
max h max h c
Q Q
Q K K
24 24
= = , m3/h (1.3)
DC DC max h max s
Q 1000 Q
3600
= , //s (1.4)
trong đó:
DC tb ng®
Q - lưu lượng tính tốn trung bình ngày (l/ng/ngđ);
DC DC DC
max ng® max h max s
Q ,Q ,Q - lưu lượng tính tốn lớn ngày, giờ, giây; qtb - tiêu chuẩn dùng nước trung bình (l/ng/ngđ);
q- tiêu chuẩn dùng nước tính tốn ngày dùng lớn (l/ng/ngđ);
N - số người cấp nước (ng)
b) Lưu lượng nước rửa đường, tưới
Lưu lượng nước rửa đường, tưới xác định theo công thức: t t
t ng® t t
10000.q F
Q 10.q F 1000
= = , m3/ngđ (1.5)
t ng® t h
Q Q
T
(20)Chương - hệ thống phân phối nước thiết bị 21 đú:
Qt ngđ- lưu lượng nước rửa đường, tưới ngày đêm(m3/ngđ); Qt h- lưu lượng nước tưới đường, tưới (m3/h);
qt - tiêu chuẩn nước tưới đường, tưới (l/m2ngđ);
Ft- diện tích cần tưới (ha);
T - thời gian tưới ngày đêm (h)
Thông thường, tưới đường máy từ đến 16 giờ; tưới cây, hoa, thảm cỏ tay từ đến 16 đến 19 hàng ngày
c) Lưu lượng nước sinh hoạt công nhân
Lưu lượng nước sinh hoạt công nhân làm việc nhà máy xác định theo công thức:
CN n
sh ng®
q N q N Q
1000
+
= l , m3
/ngđ (1.7)
CN n
sh ca
q N q N Q
1000
+
= l , m3
/ca (1.8)
CN CN sh ca sh h
o
Q Q
T
= , m3/h (1.9)
trong đó:
CN CN CN
sh ng® sh ca sh h
Q ,Q ,Q - lưu lượng nước sinh hoạt công nhân ngày đêm, ca, giờ;
qn, ql - tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt cơng nhân phân xưởng nóng lạnh
(l/ng/ca);
N1, N2 - số công nhân phân xưởng nóng lạnh nhà máy; N3, N4- số cơng nhân phân xưởng nóng lạnh ca;
To- số làm việc ca d) Lưu lượng nước tắm công nhân
Lưu lượng nước tắm cơng nhân xí nghiệp xác định theo công thức:
CN n
t¾m ca
60N 40N Q
1000
+
= l , m3/ngđ