Bài giảng Giải pháp thu gom nước thải chi phí thấp: mạng lưới thoát nước giản lược

3/7/2010 EU ASIA Link Programme. LCST Project. 1 Giải pháp thu gom n−ớc thải chi phí thấp: Mạng l−ới thoát n−ớc giản lược Xử lý n−ớc thải chi phí thấp PGS. TS. Nguyễn Việt Anh Phó viện tr−ởng, Viện Khoa học và Kỹ thuật Môi tr−ờng, PCN Bộ môn Cấp thoát n−ớc, Tr−ờng Đại học Xây dựng Hà Nội Indonesia Bangladesh Vùng ven đô: Điều kiện vệ sinh kém N−ớc thải đổ thẳng vào m−ơng, cống thoát n−ớc m−a (nếu có) 3/7/2010 EU ASIA Link Programme. LCST Project. 2 Các vùng ven đô có mật độ dân số cao Manila Không còn chỗ để xây dựng các công trình vệ sinh tại chỗ mạng l−ới thoát n−ớc cộng đồng mạng l−ới thoát n−ớc thông th−ờng Khu bếp và nhà tắm Ranh giới đ−ờng Khu bếp và nhà tắm Ranh giới đ−ờng Cống thoát n−ớc Cống thoát n−ớc Cống thoát n−ớc Điểm kiểm tra 3/7/2010 EU ASIA Link Programme. LCST Project. 3 mạng l−ới thoát n−ớc cộng đồng Vùng có quy hoạch Vùng không quy hoạch Vớ dụ ở Natal, đụng bắc Brazil, 1983 Mạng lưới thoỏt nước cộng đồng ___________ Trong tr−ờng hợp này, MLTN giản l−ợc rẻ hơn p/án vệ sinh tại chỗ với mật độ dân > ~160 ng/ha 3/7/2010 EU ASIA Link Programme. LCST Project. 4 Ѳ = 2cos−1[1-2(d/D)] (radian) ∴ a = D2[(Ѳ - sinѲ)/8] p = DѲ/2 Bán kính thuỷ lực r = a/p = (D/4)[1 – (sinѲ/2)] b = Dsin(Ѳ/2) Khi dòng chảy đầy cống (tức, d = D), thì: a = A = πD2/4 p = P = πD r = R = D/4 a/A = (Ѳ - sinѲ)/2π và r/R = 1 – (sinѲ/Ѳ) Thông th−ờng ng−ời ta sử dụng: a a = kaD 2 ka = (1/8)(Ѳ − sinѲ) r = krD kr = (1/4)[1 – (sinѲ/Ѳ)] 3/7/2010 EU ASIA Link Programme. LCST Project. 5 Các thành phần thuỷ lực của đoạn hình tròn v = (1/n)r2/3i1/2 Vận tốc (m/s) tại d/D q = av ∴ q = (1/n)ar2/3i1/2 [Công thức Manning] Khi dòng chảy đầy cống: V = (1/n)R2/3i1/2 Q = (1/n)AR2/3i1/2 Công thức Manning 3/7/2010 EU ASIA Link Programme. LCST Project. 6 Vậy: v/V = (r/R)2/3 = [1 – (sinѲ/Ѳ]2/3 q/Q = (a/A)(r/R)2/3 = [(Ѳ − sinѲ)/2π)][1 – (sinѲ/Ѳ)]2/3 Vi` Ѳ = f(d/D), ca’ v/V và q/Q đều là hàm f(d/D) ….. Tỷ lệ q/Q Tỷ lệ v/V Tỷ lệ thành phần Đ ộ đ ầy d /D 3/7/2010 EU ASIA Link Programme. LCST Project. 7 Chú ý: q v = V tại cả 2 điều kiện d/D = 0.5 và d/D = 1.0 q vmax ở d/D = 0.81 vmax/V = 1.14 q qmax ở d/D = 0.94 qmax/Q = 1.07 q/Q v/V ← ← d /D * * * L−u l−ợng max từ các hộ gia đình: qh = 1.8kpw/86400 lít/giây trên hộ gia đình k = hệ số = l−u l−ợng n−ớc thải/ l−ợng n−ớc tiêu thụ (0.8–0.9) p = quy mô hộ gia đình w = l−ợng n−ớc tiêu thụ (lít/ng−ời.ngày) • Với k = 0.85: qh = 1.8 x 10 −5pw hoặc q = 1.8 x 10−5pw P là số dân đ−ợc phục vụ 3/7/2010 EU ASIA Link Programme. LCST Project. 8 quan trọng: Giá trị l−u l−ợng max tối thiểu: 1.5 lít/giây (= xấp xỉ l−u l−ợng max của dòng n−ớc giội thải ra từ WC) [hạ thấp từ giá trị 2,2 l/s] 2001 Bolivia quy định thiết kế hệ thống thoát n−ớc, bỏ qua giá trị l−u l−ợng max tối thiểu trên, dẫn đến độ dốc tối thiểu của cống lớn hơn nhiều!! q ví dụ: 500 ng−ời @ 80 lít/ng−ời/ngày k2 = 0.85 Đ l−u l−ợng trung bình ngày = k2pw/86400 = 0.85 ì 500 ì 80/86400 = 0.4 l/s Đk1 = l−u l−ợng max tối thiểu/l−u l−ợng trung bình ngày =1.5/0.4 = 3.75 - L−u ý: phải tính đến l−ợng n−ớc m−a! - ở Brazil ~25% số hộ gia đi`nh ở các khu vực thu nhập thấp xa’ một phần n−ớc m−a vào mạng l−ới thoát n−ớc gia’n l−ợc 3/7/2010 EU ASIA Link Programme. LCST Project. 9 Công thức Manning v = (1/n)r2/3i1/2 Điều chỉnh của Macedo: • Tam thừa hai vế • Nhân vế trái với v & vế phải với q/a [= v] đ−ợc: v4 = (q/a)(n−3r2i3/2) r: m i: m/m q: m3/s đơn vị !! v4 = (q/a)(n−3r2i3/2) Cho M = (r2/a)1/4 = [(Ѳ − sin Ѳ)/2 Ѳ]1/4 Vậy v = Mn−3/4q1/4i3/8 Nếu 0.14<d/D<0.92, M là một hằng số = ~0.61 Vậy, nếu M = 0.61 và n = 0.013: Công thức Macedo-Manning là: v = 15.8q1/4i3/8 l−u ý đơn vị: v, m/s q, m3/s 3/7/2010 EU ASIA Link Programme. LCST Project. 10 Thiết kế dựa trên ứng suất tiếp tuyến nhỏ nhất ứng suất tiếp tuyến chính là lực tiếp tuyến tạo bởi l−u l−ợng dòng thải trên đơn vị diện tích −ớt – biểu diễn bằng τ và có đơn vị N/m2 * * = Pascal (Pa) 3 τ = ρgri q = (1/n)kakr −2[(τ/ρg)/kri] 8/3i1/2 3/7/2010 EU ASIA Link Programme. LCST Project. 11 i = Imin và τ = τmin Với d/D = 0.2 (ka = 0.1118 và kr = 0.1206) Và ρ = 1000 kg/m3, g = 9.81 m/s2 và n = 0.013, τmin = 1 Pa (giá trị tính toán) Imin = 2.33 ì 10 −4q−6/13 [q tính bằng m3/s] Imin = 5.64 ì 10 −3q−6/13 [q tính bằng l/s] lựa chọn đ−ờng kính cống q = (1/n)ar2/3i1/2 = (1/n)kaD 2(krD) 2/3i1/2 Sắp xếp lại và viết: i = Imin D = n3/8 ka −3/8 kr −1/4 (q/Imin) 3/8 D phụ thuộc vào d/D cũng nh− q & Imin 1/2 Khoảng giá trị d/D dùng trong MLTN giản l−ợc = 0.2−0.8 [d/D trong mạng l−ới thoát n−ớc thông th−ờng: 0.5−0.75] 3/7/2010 EU ASIA Link Programme. LCST Project. 12 Trình tự tính đ−ờng kính cống: 1. Tính qi & qf 2. Tính Imin for q = qi 3. Tính qf/Imin 4. Tìm giá trị này trong Bảng với giá trị d/D gần với (nh−ng không lớn hơn) 0.8….. 5. Đ−ờng kính cống đ−ợc trình bày ở phần đầu cột, theo giá trị qf/Imin 6. Đọc giá trị t−ơng ứng của v/i1/2 từ giá trị này của q/i1/2 và tính vf 1/2 1/2 qi≥qmin (tức, ≥1.5 l/s) Bảng tính hệ thống cống giản l−ợc dựa trên công thức Manning với n = 0.013 và v tính bằng m/s, I tính bằng m/m, q đo bằng m3/s và đ−ờng kính cống D đo bằng mm D v/I1/2 q/I1/2 d/D 0.2 ≤ d/D ≤ 0.8 L−u ý đơn vị 3/7/2010 EU ASIA Link Programme. LCST Project. 13 ● Giả sử: Imin =0.005 (1/200) & qf = 2.5 l/s (0.0025 m3/s), ● Khi đó: q/I1/2 = 0.035 & d/D = 0.60 ví dụ ● Vậy D = 100 mm ● tính vf từ v/I1/2 = 7.0531: = 0.5 m/s (OK!) Không sử dụng vì d/D <0.2 Không sử dụng vì d/D >0.8 L−u ý! 1. Tính qi & qf 2. Tính Imin cho q = qi 3. Tính qf/Imin 4. Tìm giá trị này trong bảng với d/D gần nhất (nh−ng không v−ợt quá) 0,8….. 5. Đ−ờng kính cống đ−ợc thể hiện ở phần đầu cột nơi tìm thấy giá trị này của qf/Imin ….. 6. Đọc giá trị t−ơng ứng của v/i1/2 từ giá trị này của q/i1/2 và tính vf 1/2 1/2 qi≥qmin (tức, ≥1.5 l/s) Các giá trị này có thể bằng nhau: ví dụ, khi tính toán MLTN cho vùng đã phát triển hoàn toàn (tức là không còn chỗ để bố trí thêm hộ gia đinh) 3/7/2010 EU ASIA Link Programme. LCST Project. 14 ● giả sử: Imin =0.005 (1/200) & qf = 2.5 l/s (0.0025 m3/s), ● khi đó: q/I1/2 = 0.035 & d/D = 0.60 ví dụ ● do vậy D = 100 mm ● tính vf từ v/I1/2 = 7.0531: = 0.5 m/s (OK!) Không sử dụng vì d/D <0.2 Không sử dụng vì d/D >0.8 Kiểm soát Sulphua Hydro • để tránh hiện t−ợng ăn mòn vòm cống do H2SO4 (tạo bởi quá trình sinh học từ H2S sinh ra do khử kỵ khí Sulphate) Tình trạng bị ăn mòn nghiêm trọng ở vòm cống BTCT có đ−ờng kính lớn 3/7/2010 EU ASIA Link Programme. LCST Project. 15 Mạng l−ới thoát n−ớc giản l−ợc lần đầu tiên đ−ợc xây dựng ở ‘Quadra 90’, Natal năm 1981 4. Ví dụ điển hình: Mạng l−ới thoát n−ớc giản l−ợc ở Brazil ‘Quadra 90’ tr−ớc khi hệ thống thoát n−ớc giản l−ợc đ−ợc xây dựng 3/7/2010 EU ASIA Link Programme. LCST Project. 16 Một số nhà thấp hơn mặt đ−ờng Tình trạng xả n−ớc thải khi trong vùng ch−a có HTTN 3/7/2010 EU ASIA Link Programme. LCST Project. 17 Quadra 90 Một cuộc họp cộng đồng 3/7/2010 EU ASIA Link Programme. LCST Project. 18 Điều tra đến từng nhà Khảo sát Bản vẽ tỷ lệ 1/200-500 3/7/2010 EU ASIA Link Programme. LCST Project. 19 ống sành đ−ờng kính 100mm Đoạn cống nối 3/7/2010 EU ASIA Link Programme. LCST Project. 20 Hố ga xây bằng gạch Hố ga làm từ cống bê tông đ−ờng kính lớn hơn 3/7/2010 EU ASIA Link Programme. LCST Project. 21 tàI chính đối với các hộ gia Đình Đ Chi phí ban đầu: US$ 325 trên hộ gia đình [ML thoát n−ớc thông th−ờng: ~US$1500 trên hộ gia đình] Đ CAERN (công ty cấp thoát n−ớc địa ph−ơng) có thể thu hồi đ−ợc số vốn này trong vòng 30 năm bằng cách tính thêm trong hoá đơn n−ớc hàng tháng 40% (thay vì 100% đối với ML thoát n−ớc thông th−ờng) Natal, 1983 q Tiền n−ớc = “biểu giá tối thiểu” [giả sử (không đo) l−ợng n−ớc tiêu thụ của mỗi hộ gia đình là 15 m3/ tháng ] = US$ 3.75 (năm 1983) q Phí thoát n−ớc giản l−ợc (40% tính thêm) = 0.4 ì $3.75 = US$ 1.50 mỗi hộ gia đình một tháng (năm 1983)Chi phí thấp! 3/7/2010 EU ASIA Link Programme. LCST Project. 22 Brasớlia Mạng lưới thoỏt nước giản lược – TP. BMT 3/7/2010 EU ASIA Link Programme. LCST Project. 23 Đoạn nối cống bằng plastic VH&BD: vòi phun (water-jet) VH&BD: CCTV