Bài giảng Cấp thoát nước - ĐH Lâm Nghiệp

Chia sẻ: Ermintrudetran Ermintrudetran | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:159

Thêm vào BST

Báo xấu

51
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Cấp thoát nước được biên soạn dựa trên các tài liệu tham khảo chính thống trong và ngoài nước, các tiêu chuẩn về tính toán thiết kế hệ thống cấp, thoát nước của Việt Nam. Nội dung bài giảng được cập nhật, phù hợp với thời lượng đào tạo 3 tín chỉ và được chia làm hai phần chính: Hệ thống cấp nước; Hệ thống thoát nước.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cấp thoát nước - ĐH Lâm Nghiệp

TS. PHẠM VĂN TỈNH, ThS. DƢƠNG MẠNH HÙNG BÀI GIẢNG CẤP THOÁT NƢỚC TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP - 2019
MỤC LỤC MỤC LỤC ...................................................................................................................... i LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................1 Phần 1. HỆ THỐNG CẤP NƢỚC ............................................................................3 Chƣơng 1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG CẤP NƢỚC .3 1.1. Tổng quan về hệ thống cấp nƣớc .......................................................................3 1.1.1. Khái niệm và các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống cấp nước.............. 3 1.1.2. Phân loại hệ thống cấp nước ............................................................... 5 1.1.3. Lựa chọn hệ thống cấp nước ................................................................ 8 1.2. Các loại nhu cầu dùng nƣớc ...............................................................................9 1.2.1. Nước dùng cho sinh hoạt...................................................................... 9 1.2.2. Nước dùng cho sản xuất ..................................................................... 10 1.2.3. Nước dùng cho chữa cháy .................................................................. 10 1.3. Tiêu chuẩn và chế độ dùng nƣớc ..................................................................... 10 1.3.1. Khái niệm ........................................................................................... 10 1.3.2. Các loại tiêu chuẩn dùng nước .......................................................... 10 1.3.3. Chế độ dùng nước .............................................................................. 14 1.4. Xác định lƣu lƣ ng, c ng suất và chế độ hoạt động c a hệ thống cấp nƣớc 17 1.4.1. Lưu lượng của hệ thống cấp nước ..................................................... 17 1.4.2. C ng suất cấp nước và chế độ hoạt động của hệ thống .................... 19 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 1 .............................................................................. 22 Chương 2. NGUỒN NƯỚC, CÔNG TRÌNH THU NƯỚC VÀ XỬ LÝ NƯỚC 23 2.1. Nguồn nƣớc ...................................................................................................... 23 2.1.1. Nguồn nước ngầm .............................................................................. 23 2.1.2. Nguồn nước mặt ................................................................................. 24 2.1.3. Nguồn nước mưa ................................................................................ 25 2.2. C ng trình thu nƣớc ......................................................................................... 25 2.2.1. C ng trình thu nước ngầm ................................................................. 25 2.2.2. C ng trình thu nước mặt .................................................................... 28 2.3. Xử lý nƣớc ........................................................................................................ 30 2.3.1. Tính chất nước thiên nhiên và yêu cầu chất lượng nước cấp ............ 30 2.3.2. Các phương pháp và dây chuyền c ng nghệ xử lý nước cấp ............. 32 2.3.3. Khử trùng nước cấp............................................................................ 39 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 2 .............................................................................. 42 i
Chƣơng 3. MẠNG LƢỚI CẤP NƢỚC BÊN NGOÀI CÔNG TRÌNH ............43 3.1. Sơ đồ và nguyên tắc vạch tuyến mạng lƣới cấp nƣớc ....................................43 3.1.1. Khái niệm............................................................................................ 43 3.1.2. Sơ đồ mạng lưới cấp nước.................................................................. 43 3.1.3. Nguyên tắc vạch tuyến mạng lưới cấp nước ...................................... 45 3.2. Tính toán mạng lƣới cấp nƣớc .........................................................................46 3.2.1. Các trường hợp tính toán mạng lưới và giả thiết tính toán ............... 46 3.2.2. Tính toán thuỷ lực mạng lưới cụt ....................................................... 48 3.2.3. Tính toán thuỷ lực mạng lưới vòng .................................................... 54 3.3. Cấu tạo mạng lƣới cấp nƣớc .............................................................................60 3.3.1. Các yêu cầu cơ bản đối với mạng lưới đường ống ............................ 60 3.3.2. Các loại ống cấp nước và phương pháp nối ống ............................... 60 3.3.3. Nguyên tắc bố trí đường ống cấp nước .............................................. 62 3.3.4. Các thiết bị và c ng trình trên mạng lưới cấp nước .......................... 63 3.4. Các c ng trình điều hòa và dự trữ nƣớc...........................................................64 3.4.1. Phân loại các c ng trình điều hòa và dự trữ nước ............................ 64 3.4.2. Đài nước ............................................................................................. 64 3.4.3. Bể chứa nước sạch.............................................................................. 69 3.4.4. Trạm khí nén ....................................................................................... 74 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 3 ...............................................................................76 Chƣơng 4. HỆ THỐNG CẤP NƢỚC BÊN TRONG CÔNG TRÌNH ..............77 4.1. Giới thiệu chung hệ thống cấp nƣớc bên trong c ng trình .............................77 4.1.1. Chức năng và sơ đồ hệ thống cấp nước bên trong c ng trình ........... 77 4.1.2. Ký hiệu các bộ phận hệ thống cấp nước bên trong c ng trình .......... 78 4.2. Phân loại các sơ đồ hệ thống hệ thống cấp nƣớc bên trong c ng trình .........78 4.2.1. Theo chức năng .................................................................................. 78 4.2.2. Theo áp lực nước trong đường ống ngoài phố................................... 79 4.2.3. Theo cách bố trí đường ống ............................................................... 84 4.3. Tính toán th y lực mạng lƣới cấp nƣớc bên trong c ng trình ........................84 4.3.1. Áp lực cần thiết của hệ thống cấp nước ............................................. 84 4.3.2. Xác định lưu lượng tính toán .............................................................. 87 4.3.3. Tính toán thủy lực mạng lưới cấp nước bên trong c ng trình ........... 91 4.4. Các c ng trình trong hệ thống cấp nƣớc trong nhà .........................................92 4.4.1. Trạm bơm cấp nước trong nhà ........................................................... 92 4.4.2. Két nước mái và bể chứa nước ngầm ................................................. 93 ii
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 4 .............................................................................. 96 Phần 2. HỆ THỐNG THOÁT NƢỚC................................................................... 97 Chƣơng 5. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HỆ THỐNG THOÁT NƢỚC ............. 97 5.1. Hệ thống thoát nƣớc và các sơ đồ thoát nƣớc................................................. 97 5.1.1. Nhiệm vụ của hệ thống thoát nước và các loại nước thải.................. 97 5.1.2. Các loại hệ thống thoát nước ............................................................. 98 5.1.3. Các sơ đồ thoát nước ....................................................................... 102 5.2. Những vấn đề cơ bản về thiết kế hệ thống thoát nƣớc ................................. 105 5.2.1. Những tài liệu cơ sở để thiết kế ........................................................ 105 5.2.2. Dân số tính toán ............................................................................... 106 5.2.3. Tiêu chuẩn và chế độ thải nước ....................................................... 106 5.2.4. C ng thức xác định lưu lượng tính toán nước thải .......................... 107 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 5 ............................................................................ 109 Chƣơng 6. HỆ THỐNG THOÁT NƢỚC BÊN TRONG CÔNG TRÌNH .... 110 6.1. Phân loại và các sơ đồ hệ thống thoát nƣớc bên trong c ng trình ............... 110 6.1.1. Chức năng nhiệm vụ hệ thống thoát nước bên trong c ng trình ..... 110 6.1.2. Phân loại hệ thống thoát nước bên trong c ng trình ....................... 110 6.2. Các bộ phận c a hệ thống thoát nƣớc trong c ng trình ............................... 111 6.2.1. Thiết bị thu nước thải ....................................................................... 111 6.2.2. Xi ph ng/tấm chắn thủy lực ............................................................. 112 6.2.3. Mạng lưới thoát nước bên trong c ng trình..................................... 112 6.3. Tính toán mạng lƣới thoát nƣớc bên trong c ng trình ................................. 116 6.3.1. Xác định lưu lượng nước thải tính toán ........................................... 116 6.3.2. Tính toán thuỷ lực mạng lưới thoát nước trong nhà ........................ 118 6.3.3. Kiểm tra kết quả tính toán ................................................................ 121 6.4. Hệ thống thoát nƣớc mƣa trên mái nhà......................................................... 123 6.4.1. Nhiệm vụ ........................................................................................... 123 6.4.2. Sơ đồ cấu tạo .................................................................................... 123 6.4.3. Tính toán lưu lượng nước mưa......................................................... 124 6.4.4. Xác định đường kính ống đứng thoát nước mưa .............................. 125 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 6 ............................................................................ 126 Chƣơng 7. MẠNG LƢỚI THOÁT NƢỚC ĐÔ THỊ......................................... 127 7.1. Nguyên tắc và các phƣơng án vạch tuyến mạng lƣới thoát nƣớc ............... 127 7.1.1. Nguyên tắc vạch tuyến mạng lưới thoát nước .................................. 127 iii
7.1.2. Trình tự vạch tuyến mạng lưới thoát nước đ thị ............................ 127 7.1.3. Các phương án vạch tuyến ............................................................... 128 7.2. Bố trí ống - Độ sâu ch n ống..........................................................................129 7.3. Xác định lƣu lƣ ng cho từng đoạn ống ống ..................................................130 7.4. Nguyên tắc cấu tạo và tính toán th y lực mạng lƣới thoát nƣớc..................131 7.4.1. Nguyên tắc cấu tạo ........................................................................... 131 7.4.2. Tính toán thuỷ lực ............................................................................. 132 7.5. Hệ thống thoát nƣớc mƣa ...............................................................................134 7.5.1. Cấu tạo hệ thống thoát nước mưa .................................................... 134 7.5.2. Tính toán mạng lưới thoát nước mưa ............................................... 135 7.6. Xử lý nƣớc thải ................................................................................................138 7.6.1. Các phương pháp xử lý nước thải .................................................... 138 7.6.2. Sơ đồ c ng nghệ xử lý nước thải ...................................................... 140 7.6.3. Tính toán c ng suất trạm xử lý nước thải ........................................ 141 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 7 .............................................................................143 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................144 iv
LỜI NÓI ĐẦU Cấp thoát nƣớc là m n học chuyên ngành quan trọng đối với sinh viên các ngành học liên quan đến tài nguyên nƣớc nói chung và đối với sinh viên ngành Kỹ thuật xây dựng - Trƣờng Đại học Lâm nghiệp nói riêng. Nhiệm vụ c a m n học là cung cấp những kiến thức cơ bản về các hệ thống cấp - thoát nƣớc, tính toán thiết kế hệ thống cấp thoát nƣớc bên trong các c ng trình xây dựng dân dụng và c ng nghiệp và hệ thống cấp thoát nƣớc đ thị. Bài giảng “Cấp thoát nước” đƣ c biên soạn dựa trên các tài liệu tham khảo chính thống trong và ngoài nƣớc, các tiêu chuẩn về tính toán thiết kế hệ thống cấp, thoát nƣớc c a Việt Nam. Nội dung bài giảng đƣ c cập nhật, phù h p với thời lƣ ng đào tạo 3 tín chỉ và đƣ c chia làm hai phần chính: (1) Hệ thống cấp nƣớc: Từ chƣơng 1 đến chƣơng 4. Phần này ch yếu trình bày các khái niệm cơ bản, các nguồn cung cấp nƣớc sạch và các phƣơng pháp, sơ đồ c ng nghệ xử lý nƣớc thiên nhiên, các tài liệu cơ sở và phƣơng pháp để tính toán thiết kế các hệ thống cấp nƣớc bên trong các c ng trình xây dựng dân dụng và hệ thống cấp nƣớc đ thị; (2) Hệ thống thoát nƣớc: Từ chƣơng 5 đến chƣơng 7. Phần này đề cập đến các khái niệm, các sơ đồ hệ thống thoát nƣớc, các phƣơng pháp tính toán thiết kế các hệ thống thoát nƣớc bên trong c ng trình xây dựng và hệ thống thoát nƣớc đ thị. Nhóm tác giả xin trân trọng cảm ơn Bộ m n Kỹ thuật c ng trình, Hội đồng khoa học Khoa Cơ điện và C ng trình - Trƣờng Đại học Lâm nghiệp, các nhà khoa học đã có ý kiến phản biện cho nội dung bài giảng. Mặc dù nhóm tác giả đã cố gắng chọn lọc những nội dung cơ bản, các phƣơng pháp tính toán hiện đại, thực tế đang đƣ c áp dụng trong tính toán thiết kế các hệ thống cấp thoát nƣớc bên trong c ng trình và đ thị nhƣng chắc chắn kh ng tránh khỏi những sai sót và khiếm khuyết, rất mong nhận đƣ c sự góp ý c a các thầy, c đồng nghiệp và các em sinh viên để cuốn bài giảng đƣ c hoàn thiện hơn trong lần xuất bản sau. Các ý kiến đóng góp xin gửi về Bộ m n Kỹ thuật c ng trình - Khoa Cơ điện và C ng trình - Trƣờng Đại học Lâm nghiệp. Nhóm tác giả 1
Phần 1 HỆ THỐNG CẤP NƢỚC Chƣơng 1 NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG CẤP NƢỚC 1.1. Tổng quan về hệ thống cấp nƣớc 1.1.1. Khái niệm và các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống cấp nước 1.1.1.1. Khái niệm Hệ thống cấp nƣớc là tổ h p liên hoàn các c ng trình làm nhiệm vụ thu nhận nƣớc từ nguồn, làm sạch nƣớc, điều hoà dự trữ, vận chuyển và phân phối nƣớc nhằm đáp ứng mọi yêu cầu và quy m dùng nƣớc c a các đối tƣ ng sử dụng nƣớc. Sơ đồ cơ bản một hệ thống cấp nƣớc đƣ c thể hiện nhƣ hình 1.1. Hình 1.1. Sơ đồ cơ bản một hệ thống cấp nƣớc 1. C ng trình thu nước; 2. Trạm bơm cấp I; 3. Trạm xử lý; 4. Bể chứa nước sạch; 5 II 6 7 cao áp 8 nước C ng trình thu nƣớc có nhiệm vụ thu nƣớc từ nguồn nƣớc mặt hoặc nƣớc ngầm. C ng trình thu nƣớc mặt có các dạng kết h p hoặc phân ly, thu nƣớc sát bờ bằng cửa thu hoặc thu nƣớc giữa dòng bằng ống tự chảy, xi ph ng. C ng trình thu nƣớc ngầm thƣờng là giếng khoan, thu nƣớc từ nguồn nƣớc ngầm mạch sâu có áp. Việc lựa chọn vị trí c ng trình thu nƣớc dựa trên cơ sở đảm bảo lƣu lƣ ng, chất lƣ ng, độ ổn định, tuổi thọ c a c ng trình và thuận tiện cho việc bảo vệ vệ sinh nguồn nƣớc. Trạm bơm cấp I có nhiệm vụ đƣa nƣớc th từ c ng trình thu lên trạm xử lý nƣớc. Trạm bơm cấp I thƣờng đặt riêng biệt bên ngoài trạm xử lý nƣớc, có trƣờng h p lấy nƣớc từ xa. Nếu hệ thống cấp nƣớc kh ng phải xây dựng c ng trình thu nƣớc thì trạm bơm cấp I bơm nƣớc trực tiếp từ nguồn đến trạm xử lý nƣớc. Trƣờng h p sử dụng nguồn nƣớc mặt, trạm bơm cấp I có thể kết h p với c ng trình thu hoặc xây dựng riêng biệt. Nếu lấy nƣớc ngầm thì trạm bơm cấp I chính là trạm bơm giếng. 3
Trạm xử lý nƣớc có nhiệm vụ làm sạch nƣớc nguồn (nƣớc mặt hoặc nƣớc ngầm) đạt chất lƣ ng nƣớc sinh hoạt hoặc chất lƣ ng nƣớc dùng cho sản xuất theo yêu cầu riêng bằng các dây chuyền c ng nghệ thích h p, sau đó đƣa vào bể chứa nƣớc sạch. C ng trình điều hòa nƣớc gồm bể chứa nƣớc sạch sau xử lý và đài nƣớc. Bể chứa nƣớc sạch có nhiệm vụ điều hòa lƣu lƣ ng giữa trạm bơm cấp I và trạm bơm cấp II. Đài nƣớc có nhiệm vụ điều hòa lƣu lƣ ng nƣớc giữa trạm bơm cấp II và mạng lƣới tiêu dùng. Trạm bơm cấp II có nhiệm vụ đƣa nƣớc đã xử lý từ bể chứa nƣớc sạch vào mạng lƣới tiêu dùng. Bể chứa nƣớc sạch và trạm bơm cấp II thƣờng đặt trong khu vực trạm xử lý. Mạng lƣới đƣờng ống phân phối nƣớc làm nhiệm vụ phân phối và dẫn nƣớc tới các đối tƣ ng tiêu thụ. Mạng lƣới đƣờng ống phân phối gồm mạng cấp I là mạng truyền dẫn, mạng cấp II là mạng phân phối và mạng cấp III là mạng đấu nối với các ống cấp vào nhà. Mạng lƣới đƣờng ống đƣ c phân thành ba cấp nhƣ trên để đảm bảo việc phân phối và quản lý tốt mạng lƣới, giảm thất thoát nƣớc trên mạng lƣới. Có những mạng lƣới kh ng tuân theo cách cấu tạo trên, cho phép hộ tiêu dùng nƣớc lấy nƣớc trực tiếp từ mạng truyền dẫn bằng chi tiết nối là đai khởi th y dẫn tới việc làm tăng lƣ ng nƣớc rò rỉ trên mạng lƣới cấp nƣớc. Thực tế cho thấy, lƣ ng nƣớc rò rỉ tại các đai khởi th y (nhất là các đai gia công kh ng đúng quy cách) chiếm tỷ lệ lớn trong tổng lƣ ng nƣớc thất thoát. Mạng lƣới phân phối nƣớc có các dạng: + Mạng lƣới cụt (mạng nhánh): Thƣờng dùng cho các đối tƣ ng cấp nƣớc tạm thời nhƣ cấp nƣớc cho c ng trƣờng xây dựng hoặc các thị xã, thị trấn có quy m nhỏ, vùng đ thị đang phát triển chƣa hoàn chỉnh về quy hoạch; + Mạng lƣới vòng: Dùng cho các đối tƣ ng cấp nƣớc quy m lớn, thành phố có quy hoạch đã ổn định; + Mạng lƣới kết h p mạng nhánh và mạng vòng: Dùng cho các thành phố, thị xã đang phát triển. Khu trung tâm đã quy hoạch ổn định, hệ thống hạ tầng đã hoàn chỉnh thì lắp đặt mạng lƣới vòng. Còn khu vực đang phát triển thì lắp dặt mạng lƣới cụt để khi hệ thống hạ tầng đã tƣơng đối hoàn chỉnh thì nối thêm các đoạn ống để tạo thành mạng vòng. Tùy theo yêu cầu về chất lƣ ng nƣớc, yêu cầu về các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và tùy theo điều kiện tự nhiên từng nơi ngƣời ta có thể: 4
+ Tổ h p lại c ng trình trong hệ thống: Có thể tổ h p các c ng trình trạm xử lý, bể chứa nƣớc sạch và trạm bơm cấp 2 thành một cụm c ng trình; + Có thể kh ng cần đài nƣớc nếu hệ thống cấp nƣớc có c ng suất lớn, nguồn điện lu n đảm bảo và bơm cấp 2 sử dụng là bơm ly tâm điều khiển tự động. Cụ thể là các máy bơm c a trạm bơm cấp hai là máy bơm biến tần, vào giờ cao điểm các máy bơm hoạt động với c ng suất lớn để đảm bảo cung cấp đầy đ cho mạng lƣới và vào những giờ thấp điểm dùng nƣớc máy bơm hoạt động giảm c ng suất để phù h p. Nhƣ vậy, với các máy bơm biến tần thì lƣu lƣ ng và áp lực nƣớc tại mạng lƣới sử dụng nƣớc lu n đƣ c đảm bảo; + Có thể giảm bớt một số c ng trình trong hệ thống để phù h p với điều kiện c a từng hệ thống. Ví dụ: Đối với hệ thống cấp nƣớc cho n ng nghiệp nếu chất lƣ ng nƣớc đ đảm bảo và địa hình dốc đều ngƣời ta có thể bỏ trạm xử lý nƣớc, bể chứa, đài nƣớc và trạm bơm cấp 2. 1.1.1.2. Các yêu cầu cơ bản đối với một hệ thống cấp nước Một hệ thống cấp nƣớc cần thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau: - Bảo đảm cấp đầy đ , liên tục lƣu lƣ ng nƣớc và cột áp cần thiết đến các nơi tiêu dùng; - Bảo đảm chất lƣ ng nƣớc đáp ứng các yêu cầu sử dụng; - Giá thành xây dựng và quản lý thấp; - Thi c ng và vận hành d dàng, thuận tiện, có khả năng tự động hóa và cơ giới hóa việc khai thác, xử lý và vận chuyển nƣớc. 1.1.2. Phân loại hệ thống cấp nước 1.1.2.1. Theo đối tượng phục vụ - Hệ thống cấp nƣớc đ thị: Phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt, sản xuất tại các khu tiểu th c ng nghiệp, tƣới cây, tƣới đƣờng, chữa cháy cho khu đ thị. - Hệ thống cấp nƣớc khu c ng nghiệp: Là hệ thống cấp nƣớc cho sản xuất, sinh hoạt và nƣớc tắm cho c ng nhân trong các khu c ng nghiệp. - Hệ thống cấp nƣớc tƣới n ng nghiệp: Thƣờng đƣ c sử dụng cho các vùng trồng cây c ng nghiệp, cây ăn quả, các vùng kh hạn. Cấp nƣớc cho c ng nghiệp và n ng nghiệp rất đa dạng và phong phú tùy từng đối tƣ ng mà nhu cầu dùng nƣớc về lƣu lƣ ng c ng nhƣ chất lƣ ng nƣớc khác nhau. Ví dụ: Với các ngành c ng nghiệp thực phẩm, thiết bị y tế thì đòi hỏi chất lƣ ng nƣớc cao hơn rất nhiều so các ngành c ng nghiệp sản xuất giấy, thép. 5
- Hệ thống cấp nƣớc đƣờng sắt: Là hệ thống phục vụ nhu cầu lấy nƣớc c a các đoàn tàu khi dừng nghỉ tại các ga. 1.1.2.2. Theo chức năng phục vụ - Hệ thống cấp nƣớc sinh hoạt: Phục vụ nhu cầu sinh hoạt tại các khu đ thị, các khu dân cƣ tập trung đ ng ngƣời. - Hệ thống cấp nƣớc sản xuất: Cấp cho các cơ quan xí nghiệp sản xuất hoặc cấp nƣớc tại các khu c ng nghiệp. - Hệ thống cấp nƣớc chữa cháy: Phục vụ cho hoạt động chữa cháy và đƣ c bố trí cả trong các khu dân cƣ c ng nhƣ các khu c ng nghiệp. 1.1.2.3. Theo phương pháp sử dụng nước - Hệ thống cấp nƣớc trực tiếp: Nƣớc dùng xong thải đi ngay (nhƣ hình 1.1 ở trên). - Hệ thống cấp nƣớc tuần hoàn: Nƣớc chảy tuần hoàn trong một chu trình kín, nƣớc dùng xong đƣ c gom vận chuyển đến các trạm xử lý nƣớc và sau đó cấp lại cho đối tƣ ng sử dụng (hình 1.2). 5 Hình 1.2. Hệ thống cấp nƣớc tuần hoàn 1. Các đối tượng sử dụng nước; 2. Ống dẫn nước đã qua sản xuất; 3. Trạm bơm nước đã qua sản xuất; 4. Trạm xử lý (làm nguội); 5. Nước cấp bổ sung; 6. Ống dẫn nước đã xử lý; 7. Trạm bơm nước đã xử lý; 8. Ống dẫn nước tới các đối tượng sử dụng nước - Hệ thống cấp nƣớc liên tục (dùng lại): Nƣớc có thể dùng lại một vài lần rồi mới thải đi, thƣờng áp dụng trong c ng nghiệp (hình 1.3). 6
Hình 1.3. Hệ thống cấp nƣớc liên tục 1. C ng trình thu nước; 2. Trạm bơm cấp 1; 3. Trạm xử lý và bể chứa; 4 2 5 Cá đ t ợ dù 6 đã qua sả xu t 7. Trạm bơm cấp III; 8. Trạm xử lý; 9. Cửa xả nước đã xử lý 1.1.2.4. Theo nguồn nước - Hệ thống cấp nƣớc từ nguồn nƣớc mặt: Nƣớc mặt ch yếu do nƣớc mƣa cung cấp. Nƣớc mặt lấy từ các nguồn nhƣ ao, hồ, suối, s ng và có thể là nƣớc biển để xử lý và cung cấp cho hệ thống. Sơ đồ cấp nƣớc từ nguồn nƣớc mặt đƣ c thể hiện nhƣ hình 1.1. - Hệ thống cấp nƣớc từ nguồn nƣớc ngầm: Là hệ thống cấp nƣớc lấy nguồn nƣớc từ nƣớc ngầm trong lòng đất (hình 1.4). Hình 1.4. Hệ thống cấp nƣớc từ nguồn nƣớc ngầm 1. C ng trình thu nước; 2. Trạm bơm cấp I; 3. Trạm xử lý; 4. Bể chứa nước sạch; 5. Trạm bơm cấp II; 6. Đài nước; 7. Đường ống cao áp; 8. Mạng lưới phân phối nước 7
1.1.2.5. Theo nguyên tắc làm việc - Hệ thống cấp nƣớc có áp: Nƣớc chảy trong ống chịu áp lực do bơm hoặc bể chứa nƣớc trên cao tạo ra. - Hệ thống cấp nƣớc tự chảy (kh ng áp): Nƣớc tự chảy theo ống hoặc mƣơng hở do chênh lệch địa hình. 1.1.2.6. Theo phạm vi cấp nước - Hệ thống cấp nƣớc thành phố: Cung cấp nƣớc cho khu đ thị hoặc cho toàn bộ thành phố. - Hệ thống cấp nƣớc khu dân cƣ, tiểu khu nhà ở: Hệ thống cấp nƣớc đƣ c chia ra các tiểu khu, m i tiểu khu có một hệ thống cấp nƣớc riêng. - Hệ thống cấp nƣớc bên trong c ng trình: Hệ thống cấp nƣớc đến các thiết bị dùng nƣớc trong nhà nhƣ trang thiết bị vệ sinh, chậu rửa. 1.1.2.7. Theo phương pháp chữa cháy - Hệ thống cấp nƣớc chữa cháy áp lực thấp: p lực nƣớc ở mạng lƣới đƣờng ống cấp nƣớc thấp nên phải dùng bơm đặt trên xe chữa cháy nhằm tạo ra áp lực cần thiết để dập tắt đám cháy. - Hệ thống cấp nƣớc chữa cháy áp lực cao: p lực nƣớc trên mạng lƣới đƣờng ống đảm bảo đƣa nƣớc tới mọi nơi chữa cháy, do đó đội phòng cháy chữa cháy chỉ việc lắp ống vải gai vào họng chữa cháy trên mạng lƣới đƣờng ống để lấy nƣớc chữa cháy. Việc phân loại trên đây chỉ mang tính chất tƣơng đối vì các hệ thống có thể có ý ngh a đan xen nhau, kh ng tách rời nhau, trong cái này có cái kia và ngƣ c lại. 1.1.3. Lựa chọn hệ thống cấp nước Việc lựa chọn sơ đồ hệ thống cấp nƣớc cho một đối tƣ ng cụ thể trong thiết kế là việc rất quan trọng vì nó s quyết định giá thành xây dựng, quản lý và vận hành c a hệ thống. Vì vậy, khi thiết kế phải nghiên cứu thật đầy đ các yếu tố sau đây, tiến hành tính toán so sánh các phƣơng án về mặt kinh tế - kỹ thuật để có thể lựa chọn một sơ đồ h p lý: - Về điều kiện tự nhiên: Trƣớc hết là nguồn nƣớc (cần xem xét vấn đề bảo vệ và sử dụng tổng h p các nguồn nƣớc, đảm bảo cung cấp đầy đ lƣu lƣ ng cho nhu cầu hiện tại và khả năng phát triển trong tƣơng lai), sau đó là các yếu tố th y văn và các điều kiện về địa hình trong khu vực; 8
- Yêu cầu c a đối tƣ ng dùng nƣớc về lƣu lƣ ng, chất lƣ ng và áp lực c a nƣớc cấp; - Khả năng thực thi khối lƣ ng xây dựng và thiết bị kỹ thuật, thời gian, giá thành xây dựng và quản lý; - Phải dựa vào sơ đồ quy hoạch chung và đồ án thiết kế xây dựng khu dân cƣ và c ng nghiệp; - Phải phối h p việc thiết kế hệ thống thoát nƣớc. Để có một sơ đồ hệ thống cấp nƣớc h p lý cần so sánh nhiều phƣơng án, phải tiến hành so sánh toàn bộ c ng nhƣ từng bộ phận c a sơ đồ để có đƣ c sơ đồ hệ thống h p lý, hiệu quả kinh tế cao. Việc so sánh s dựa trên cơ sở các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật sau đây: - Giá thành đầu tƣ xây dựng; - Chi phí quản lý hàng năm; - Chi phí xây dựng cho 1 m3 nƣớc tính theo c ng suất ngày trung bình chung cho cả hệ thống và trạm xử lý; - Chi phí điện năng cho 1 m3 nƣớc; - Giá thành xử lý và giá thành sản phẩm c a 1 m3 nƣớc. 1.2. Các loại nhu cầu dùng nƣớc Nhu cầu dùng nƣớc là lƣ ng nƣớc đƣ c dùng cho các mục đích khác nhau trong sinh hoạt, trong sản xuất và các mục đích khác, phụ thuộc vào bậc tin cậy c a hệ thống (phụ lục 01). Có thể chia thành ba loại nhu cầu dùng nƣớc: cho sinh hoạt, cho sản xuất và cho chữa cháy. 1.2.1. Nước dùng cho sinh hoạt Là loại nƣớc phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt c a con ngƣời nhƣ nƣớc dùng để ăn, uống, tắm rửa, giặt, cho các khu vệ sinh, tƣới đƣờng, tƣới cây... Loại nƣớc này chiếm đa số trong các khu dân cƣ. Hệ thống cấp nƣớc cho sinh hoạt là phổ biến nhất và chiếm tỷ lệ lớn trong tổng số các hệ thống cấp nƣớc hiện có. Nƣớc dùng cho sinh hoạt phải đảm bảo các tiêu chí về hóa học, lý học và vi sinh theo các yêu cầu c a quy phạm đề ra, kh ng chứa các thành phần lý, hóa học và vi sinh ảnh hƣởng đến sức khỏe c a con ngƣời. Đối với một hệ thống cấp nƣớc hiện đại và hoàn chỉnh, nƣớc ở bất kỳ một điểm lấy nƣớc nào trên hệ thống đều là nƣớc uống trực tiếp đƣ c. 9
1.2.2. Nước dùng cho sản xuất Có rất nhiều ngành c ng nghiệp dùng nƣớc với yêu cầu về lƣu lƣ ng và chất lƣ ng rất khác nhau. Có ngành yêu cầu chất lƣ ng nƣớc kh ng cao nhƣng số lƣ ng lớn nhƣ nƣớc cấp cho các ngành c ng nghiệp luyện kim, hóa chất... Ngƣ c lại có những ngành yêu cầu số lƣ ng nƣớc kh ng lớn nhƣng với chất lƣ ng rất cao nhƣ yêu cầu nƣớc cho ngành thực phẩm, phim ảnh, sản xuất thiết bị y tế. Lƣ ng nƣớc cấp cho sản xuất c a một nhà máy có thể tƣơng đƣơng với nhu cầu dùng nƣớc c a một đ thị có dân số hàng chục vạn dân. 1.2.3. Nước dùng cho chữa cháy Dù là khu vực dân cƣ hay khu c ng nghiệp đều có khả năng xảy ra cháy. Vì vậy, hệ thống cấp nƣớc cho sinh hoạt hay sản xuất đều phải tính đến trƣờng h p có cháy. Nƣớc dùng cho việc chữa cháy lu n dự trữ trong bể chứa nƣớc sạch trong hệ thống. Khi tính toán mạng lƣới đƣờng ống phân phối cần tính đến khả năng làm việc c a mạng lƣới khi có cháy xảy ra trong giờ dùng nƣớc lớn nhất. 1.3. Tiêu chuẩn và chế độ dùng nƣớc 1.3.1. Khái niệm Tiêu chuẩn dùng nƣớc là lƣ ng nƣớc trung bình tính cho 1 đơn vị tiêu thụ trong 1 đơn vị thời gian hay cho 1 đơn vị sản phẩm, tính bằng l ngƣời ngày, l ngƣời ca sản xuất hay l đơn vị sản phẩm. Tiêu chuẩn dùng nƣớc là th ng số rất cơ bản khi thiết kế hệ thống cấp nƣớc, dùng để xác định quy m hay c ng suất cấp nƣớc cho đ thị, khu dân cƣ, khu c ng nghiệp… 1.3.2. Các loại tiêu chuẩn dùng nước Có nhiều loại tiêu chuẩn dùng nƣớc: tiêu chuẩn dùng nƣớc sinh hoạt, tiêu chuẩn dùng nƣớc sản xuất (c ng nghiệp), tiêu chuẩn dùng nƣớc tƣới cây, đƣờng, tiêu chuẩn dùng nƣớc chữa cháy và tiêu chuẩn dùng nƣớc cho một số nhu cầu khác. 1.3.2.1. Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt Là lƣ ng nƣớc tiêu thụ trong sinh hoạt, ăn uống kh ng đồng đều theo thời gian đƣ c tính theo bình quân đầu ngƣời (l ngƣời ngày đêm). Tiêu chuẩn dùng nƣớc sinh hoạt phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: mức độ trang bị kỹ thuật vệ sinh bên trong nhà c a dân cƣ, điều kiện khí hậu địa phƣơng, điều kiện kinh tế c a khu vực, phong tục tập quán… 10
Để phản ánh chế độ làm việc c a các c ng trình trong hệ thống cấp nƣớc theo thời gian, nhất là trạm bơm cấp 2, ngƣời ta đƣa ra về khái niệm về hệ số kh ng điều hoà giờ: Kgiờ (là tỷ số giữa lƣu lƣ ng tối đa và lƣu lƣ ng trung bình giờ trong ngày cấp nƣớc tối đa, Kgiờ = 1,3 - 1,7 tuỳ thuộc vào quy m thành phố, thành phố lớn thì Kgiờ nhỏ và ngƣ c lại. Chế độ dùng nƣớc cho các khu dân cƣ và c ng sở theo giờ tham khảo tại phụ lục 04. Để phản ánh c ng suất c a hệ thống trong ngày dùng nƣớc tối đa, thƣờng là về mùa nóng, với c ng suất dùng nƣớc trong ngày trung bình (tính trong năm) ngƣời ta đƣa vào hệ số kh ng điều hoà ngày đêm: Kngđ = 1,35 - 1,5. Bảng 1.1. Tiêu chuẩn dùng nƣớc sinh hoạt và hệ số h ng điều hoà Kgiờ cho hu d n cƣ đ thị Tiêu chuẩn bình Hệ số h ng điều Đối tƣợng sử dụng qu n (l/ngƣời/ngđ) hòa giờ (Kgiờ) Thành phố lớn, thành phố du lịch, 200 - 250 1,5 - 1,4 nghỉ mát, khu c ng nghiệp lớn Thành phố, thị xã vừa và nhỏ, 150 - 200 1,7 - 1,5 khu c ng nghiệp nhỏ Thị trấn, trung tâm c ng - nông - 80 - 120 2,0 - 1,7 ngƣ nghiệp Nông thôn 25 - 50 2,5 - 2,0 * Tiêu chuẩn dùng nƣớc sinh hoạt lấy theo mức độ tiện nghi các nhà ở có thể lấy theo bảng 1.2 hoặc tiêu chuẩn dùng nƣớc tổng h p tính theo đầu ngƣời tra phụ lục 02. Bảng 1.2. Tiêu chuẩn dùng nƣớc sinh hoạt theo m c độ tiện nghi các nhà Tiêu chuẩn bình Hệ số h ng điều M c độ tiện nghi các nhà qu n (l/ngƣời.ngđ) hòa giờ (Kgiờ) Nhà có vòi nƣớc riêng, kh ng có 60 - 100 2,0 - 1,8 các thiết bị vệ sinh Nhà có thiết bị vệ sinh, tắm hoa sen 100 - 150 1,8 - 1,7 và hệ thống thoát nƣớc bên trong Nhà có thiết bị vệ sinh, chậu tắm và 150 - 250 1,7 - 1,4 hệ thống thoát nƣớc bên trong Nhƣ trên và có nƣớc nóng tắm cục bộ 200 - 300 1,5 - 1,3 11
* Khi chƣa có số liệu cụ thể về mật độ dân cƣ phân loại theo mức độ tiện nghi có thể lấy tiêu chuẩn bình quân nhƣ sau: - Nhà 1 - 2 tầng: 80 - 120 l ngƣời.ngđ; - Nhà từ 3 đến 5 tầng: 120 - 180 l ngƣời.ngđ; - Khu du lịch, nghỉ mát, khách sạn cao cấp và các khu đặc biệt khác, tùy theo mức độ tiện nghi lấy từ 180 - 400 l ngƣời.ngđ; - Đối với những nơi dùng nƣớc ở vòi công cộng: Lấy từ 40 đến 60 l ngƣời.ngđ; - Đối với các điểm dân cƣ n ng nghiệp có mật độ 350 ngƣời ha với số dân dƣới 3.000 ngƣời: 40 - 50 l ngƣời/ngày. Với dân số trên 3.000 ngƣời lấy tiêu chuẩn: 50 - 60 l ngƣời.ngđ. Cho phép thay đổi tiêu chuẩn dùng nƣớc sinh hoạt c a điểm dân cƣ trong khoảng 10 - 20 tùy theo điều kiện khí hậu, mức độ tiện nghi và các điều kiện địa phƣơng khác nhau. Trong các tiêu chuẩn đó nếu có hai giá trị giới hạn thì giới hạn dƣới (thấp) s áp dụng cho các vùng cao, một phần vùng trung du và một phần nhỏ vùng đồng bằng ngh o, còn giới hạn trên áp dụng cho các khu dân cƣ mới xây dựng, vùng đồng bằng, trung du, duyên hải, vùng ảnh hƣởng c a gió nóng có nhiệt độ trung bình cao, các thị xã, thành phố. 1.3.2.2. Tiêu chuẩn dùng nước cho c ng nghiệp Tiêu chuẩn dùng nƣớc cho các khu c ng nghiệp bao gồm tiêu chuẩn dùng nƣớc cho sản xuất, tiêu chuẩn dùng nƣớc sinh hoạt c a c ng nhân và tiêu chuẩn dùng nƣớc tắm c a c ng nhân trong các khu c ng nghiệp. - Tiêu chuẩn dùng nƣớc cho sản xuất c ng nghiệp đƣ c xác định dựa trên cơ sở dây chuyền c ng nghệ sản xuất do cơ quan thiết kế c ng nghệ hay cơ quan quản lý cung cấp. Tiêu chuẩn đƣ c tính theo đơn vị sản phẩm (Phụ lục 1.5). - Tiêu chuẩn dùng nƣớc cho sinh hoạt c a c ng nhân c ng nghiệp phụ thuộc vào lƣ ng nhiệt tỏa ra nhiều hay ít trong các phân xƣởng sản xuất, xác định theo bảng 1.3: Bảng 1.3. Tiêu chuẩn dùng nƣớc sinh hoạt cho công nhân Tiêu chuẩn Hệ số h ng điều Loại ph n xƣ ng (l/ngƣời/ca) hòa giờ (Kgiờ) Phân xƣởng tỏa nhiệt trên 20 kcal/m3/giờ 45 2,5 Các phân xƣởng khác 25 3,0 12
Tiêu chuẩn dùng nƣớc tắm sau ca sản xuất đƣ c quy định là 300 l giờ cho một bộ vòi tắm hoa sen với thời gian tắm là 45 phút. Số vòi tắm tính theo số lƣ ng c ng nhân trong ca đ ng nhất và đặc điểm vệ sinh c a quá trình sản xuất, có thể lấy theo bảng 1.4 dƣới đây: Bảng 1.4. Số c ng nh n sử dụng một bộ vòi tắm hoa sen theo đặc điểm vệ sinh của quá trình sản xuất Số ngƣời sử dụng tính cho Đặc điểm vệ sinh của quá trình sản xuất một bộ sen tắm (ngƣời) - Kh ng làm bẩn quần áo và tay chân 30 - Làm bẩn quần áo và tay chân 14 - Có dùng nƣớc 10 - Thải nhiều bụi hay các chất bẩn độc 6 Trong trƣờng h p nƣớc cấp cho khu c ng nghiệp địa phƣơng phân bố phân tán thì tổng nhu cầu nƣớc cấp có thể lấy bằng 5 - 10 lƣ ng nƣớc sinh hoạt, ăn uống tối đa c a điểm dân cƣ đ thị. 1.3.2.3. Tiêu chuẩn dùng nước tưới cây, rửa đường Tiêu chuẩn dùng nƣớc tƣới phụ thuộc vào loại mặt đƣờng, cây trồng, đặc điểm khí hậu, phƣơng tiện tƣới (cơ giới, th c ng) lấy từ 0,3 đến 6 l m2 cho một lần tƣới theo bảng 1.5. Số lần tƣới cần xác định theo điều kiện từng địa phƣơng. Khi thiếu các số liệu quy hoạch thì lƣu lƣ ng nƣớc dùng để tƣới có thể tính theo dân số, lấy khoảng 8 đến 12 tiêu chuẩn cấp nƣớc sinh hoạt (tùy theo điều kiện khí hậu, nguồn nƣớc, mức độ hoàn thiện c a các khu dân cƣ và các điều kiện tự nhiên khác). Bảng 1.5. Tiêu chuẩn dùng để tƣới c y, rửa đƣờng Tiêu chuẩn cho Mục đích dùng nƣớc Đơn vị tính 1 lần tƣới (l/m2) - Rửa bằng cơ giới, mặt đƣờng và quảng 1 lần rửa 1,2  1,5 trƣờng đã hoàn thiện - Tƣới bằng cơ giới, mặt đƣờng và quảng 1 lần tƣới 0,5  0,4 trƣờng đã hoàn thiện - Tƣới bằng th c ng (bằng ống mềm) vỉa h 1 lần tƣới 0,4  0,5 và mặt đƣờng hoàn thiện - Tƣới cây xanh đ thị 1 lần tƣới 34 - Tƣới thảm cỏ và bồn hoa 1 lần tƣới 46 - Tƣới cây trong vƣờn ƣơm các loại 1 ngày 10  15 13
1.3.2.4. Tiêu chuẩn dùng nước dùng cho chữa cháy Lƣu lƣ ng nƣớc chữa cháy, số đám cháy đồng thời, thời gian cháy, áp lực nƣớc chữa cháy cho 1 điểm dân cƣ phụ thuộc quy m dân số, số tầng, bậc chịu lửa và mạng lƣới đƣờng ống nƣớc chữa cháy quy định trong TCVN 2622:1995. Bảng 1.6. Tiêu chuẩn nƣớc chữa cháy cho các hu d n cƣ đ thị theo số d n và số đám cháy đồng thời Số Lƣu lƣợng cho một đám cháy, l/s Số d n đám Nhà hai tầng Nhà h n hợp Nhà ba tầng (1.000 cháy với các bậc các tầng h ng h ng phụ ngƣời) đồng chịu lửa phụ thuộc bậc thuộc bậc thời I , II , III IV , V chịu lửa chịu lửa đến 5 1 5 5 10 10 25 2 10 10 15 15 50 2 15 20 20 25 100 2 20 25 30 35 200 3 20 - 30 40 300 3 - - 40 55 400 3 - - 50 70 500 3 - - 60 80 1.3.2.5. Tiêu chuẩn dùng nước khác - Nƣớc thất thoát do rò rỉ: Tùy thuộc vào tình trạng mạng lƣới phân phối có thể lấy từ 10 - 20 tổng lƣ ng nƣớc cấp trong hệ thống. Thực tế hiện nay, hầu hết các hệ thống cấp nƣớc có tỉ lệ thất thoát nƣớc quá cao, dao động từ 15 - 50 . Theo định hƣớng cấp nƣớc đ thị đến 2020 chỉ tiêu phấn đấu giảm tỉ lệ thất thoát xuống dƣới 20 . - Nƣớc dùng cho khu xử lý: Sơ bộ có thể lấy bằng 4 - 6% lƣu lƣ ng nƣớc cấp trong hệ thống (trị số nhỏ dùng cho c ng suất > 20.000 m3 ngđ và ngƣ c lại). 1.3.3. Chế độ dùng nước Chế độ dùng nƣớc hay lƣ ng nƣớc tiêu thụ từng giờ trong ngày đêm (hoặc từng ngày trong năm) là những th ng số quan trọng để lựa chọn chế độ làm việc c a trạm bơm c ng nhƣ để xác định dung tích các bể chứa, đài nƣớc trong hệ 14
thống cấp nƣớc. Chế độ dùng nƣớc c a các khu đ thị hoặc c ng nghiệp lu n dao động, phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, chế độ làm việc, nghỉ ngơi c a con ngƣời, chế độ hoạt động c a nhà máy… Chế độ dùng nƣớc đƣ c xây dựng trên cơ sở điều tra thực nghiệm cho từng đối tƣ ng hoặc từng khu vực cấp nƣớc và đƣ c biểu di n bằng bảng thống kê lƣ ng nƣớc tiêu thụ theo từng giờ trong ngày đêm (biểu đồ dùng nƣớc) nhƣ hình 1.5. Hình 1.5. Dạng biểu đồ dùng nƣớc trong một ngày đêm Để biểu thị sự dao động trong chế độ dùng nƣớc c a các khu đ thị, khu c ng nghiệp ngƣời ta dùng hệ số kh ng điều hòa (HSKĐH), ký hiệu là K đƣ c phân thành HSKĐH ngày và HSKĐH giờ lớn nhất và nhỏ nhất. HSKĐH ngày lớn nhất ( K ngđ max ) và HSKĐH ngày nhỏ nhất ( K ngđ min ) là tỷ số giữa lƣ ng tiêu thụ c a ngày dùng nƣớc lớn nhất và nhỏ nhất so với ngày dùng nƣớc trung bình trong năm. Còn HSKĐH giờ lớn nhất ( K gio max ) và HSKĐH giờ nhỏ nhất ( K gio min ) là tỷ số giữ lƣ ng nƣớc tiêu thụ trong giờ dùng nƣớc lớn nhất hay nhỏ nhất so với giờ dùng nƣớc trung bình trong ngày. Đối với các đ thị và khu dân cƣ, HSKĐH đƣ c xác định nhƣ sau: max Qngđ max K ngđ  tb  1.2  1.4 (1.1) Qngđ 15